Влияние уровня нагрузки усиления на несущую способность железобетонных балок, внешне армированных углепластиком

В большинстве экспериментальных исследований, посвященных изучению НДС изгибаемых железобетонных элементов, усиленных полимеркомпозитными материалами на основе углеволокна, рассматриваются лишь ненагруженные или не имеющие предварительных трещин балки. Однако усиление реальных несущих конструкций чаще всего выполняют под нагрузкой и с учетом ранее возникших дефектов. В то же время систематических исследований влияния предварительной нагрузки на несущую способность железобетонных балок, усиленных углепластиком, ограниченное количество. В данной статье представлена методика оценки влияния уровня НДС усиления на несущую способность и другие параметры сечений изгибаемых железобетонных элементов, усиленных углепластиком, с учетом физической нелинейности бетона и используя реальные диаграммы деформирования, в том числе стальной арматуры и углепластика. На основе разработанной методики выполнены численные исследования работы железобетонных сечений, усиленных на различных этапах НДС. Проведя анализ полученных данных, можно сделать вывод о существенном влиянии уровня нагрузки усиления на деформативность, жесткость и прочность нормальных сечений железобетонных балок и необходимости учета данного фактора при расчете изгибаемых железобетонных элементов.

1. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С. Анализ экспериментальных исследований по усилению железобетонных конструкций полимерными композитными материалами. Ч.1. Отечественные эксперименты при статическом нагружении [Электронный ресурс], Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». 2016. [Т. 8]. №3. URL: http://naukovedenie.ru/PDF.

2. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С. Анализ экспериментальных исследований по усилению железобетонных конструкций полимерными композитными материалами. Ч.2. Влияние температуры [Электронный ресурс], Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». 2016. [Т. 8]. №4. URL: http://naukovedenie.ru/ PDF/01TVN416.pdf.

3. Быков А.А., Румянцев С.Д., Бирин А.С. Экспериментальное исследование прочностных и деформационных характеристик железобетонных балок, усиленных углепластиком, Вестник ПНИПУ. 2016. №2(22). С. 12−126.

4. Григорьева Я.Е. Экспериментальное исследование влияния внешнего армирования изгибаемых железобетонных балок углеволокном на прочность и жесткость конструкций, Вестник Московского государственного строительного университета. 2011. №8. С. 181–184.

5. Бокарев С.А., Костенко А.Н., Смердов Д.Н., Неровных А.А. Экспериментальные исследования при пониженных и повышенных температурах железобетонных образцов, усиленных полимерными композиционными материалами, Интернет-журнал «Науковедение». 2013. №3 (16). С. 1−9.

6. Смердов М.Н., Смердов Д.Н., Клементьев А.О. Экспериментальные исследования прочности и деформативности изгибаемых железобетонных элементов, армированных в сжатой и растянутой зоне неметаллической композиционной арматурой, Транспорт Урала. 2014. №4. С. 49−54.

7. Меркулов С. И., Есипов С. М. Экспериментальные исследования железобетонных элементов, усиленных внешним армированием композитными материалами, " Лолейтовские чтения–150". Современные методы расчета железобетонных и каменных конструкций по предельным состояниям. 2018. С. 248–252.

8. Смоляго Г. А., Обернихина Я. Л. Прочность и деформативность изгибаемых железобетонных элементов, усиленных углепластиком, Вестник Белгородского государственного технологического университета им. ВГ Шухова. 2022. №. 4. С. 25–38.

9. Demakos C.B., Repapis C.C., and Drivas D. Investigation of structural response of reinforced concrete beams strengthened with anchored FRPs, Open Const. Build. Technol. J. 2013. Vol. 7. P. 146–157.

10. Spyrakos C. C., Maniatakis C. A., Smyrou E., and Psycharis I. N. FRP strengthened brick-infilled RC frames: an approach for their proper consideration in design, Open Const. Build. Technol. J. 2012. Vol. 6. P. 306–324.

11. Mitolidis G. J., Salonikios T. N., Kappos and A. J. Mechanical and bond characteristics of SRP and CFRP reinforcement–a comparative research, Open Const. Build. Technol. J. 2008. Vol. 2. P. 207–216.

12. Arduini M., Nanni A. Behaviour of pre-cracked R. C. beams strengthened with carbon FRP sheets, ASCE Journal of Composites for Construction. 1997. Vol. 1. № 2. P. 63–70. DOI:10.1061/(ASCE)1090-0268(1997)1:2(63)

13. Norris T., Saadatmanesh H., and Ehsani M. R. Shear and flexural strengthening of RC beams with carbon fiber sheets, ASCE. J. Struct. 1997. Vol. 123. P. 903–911. DOI:10.1061/(ASCE)0733-9445(1997)123:7(903)

14. Richardson T., Fam A. Modulus effect of bonded cfrp laminates used for repairing preyield and postyield cracked concrete beams, J. Compos. Constr. 2014. Vol. 18. №. 4. P. 30–54. DOI:10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000454

15. Fayyadh M. M., Abdul Razak H. Assessment of effectiveness of CFRP repaired RC beams under different damage levels based on flexural stiffness, Constr. Build. Mater. 2012. Vol. 37. P. 125–134.

16. Cao G., Fang Z., Wu J. Experimental study on RC beams strengthened with FRP laminates, Build. Struct. 2005. Vol. 35. P. 214–225. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2012.07.021

17. Wang T., Chang Y. Experimental research on the flexural behavior of RC beams strengthened by NSM CFRP sheets, J. Wuhan Univ. Technol. 2009. Vol. 31. P. 5–15.

18. Shin Y.S., Lee C. Flexural behavior of R.C. beams strengthened with carbon fiber-reinforced polymer laminates at different levels of sustaining load, ACI Struct. J. 2003. Vol. 100. P. 231–239.

19. Wenwei W., Guo L. Experimental study and analysis of RC beams strengthened with CFRP laminates under sustaining load, Int. J. Solids Struct. 2006. Vol. 43. P. 1372-1387. DOI:10.1016/j.ijsolstr.2005.03.076

20. Wang W., Zhao G., Huang C., Ren H. An experimental study of strengthening of initially loaded reinforced concrete beams using CFRP sheets, Eng. Mech. 2004. Vol. 21. P. 7–19.

21. Wang W., Zhao G., Huang C. An experimental study of RC beams strengthened with CFRP sheets under simulated continuous traffic loads, Eng. Mech. 2006. Vol. 23. P. 6–21.

22. Shahawy M., Chaallal O., Thomas E.B., Adnan E. Flexural strengthening with carbon fiber-reinforced polymer composites of preload full-scale girders, ACI Structural Journal. 2001. Vol. 98. №. 5. P. 735–743.

23. Bonacci J.F., Maalej M. Externally bonded fiber-reinforced polymer for rehabilitation of corrosion damaged concrete beams, ACI Structural Journal. 2000. Vol. 97. №. 5. P. 703–711.

24. Тамразян А.Г. Методология анализа и оценки надежности состояния и прогнозирование срока службы железобетонных конструкций, Железобетонные конструкции. 2023. Т. 1. № 1. С. 5–18.

25. Мурашкин В.Г. Учет многократного загружения в деформационной модели для реконструируемого железобетона, Железобетонные конструкции. 2023. Т. 2. № 2. С. 42–47.