Использование композитной полимерной арматуры в бетонных конструкциях, подверженных динамическим воздействиям

В статье рассмотрены свойства композитной полимерной арматуры (АКП) и ее использование в бетонных конструкциях. АКП, обладая высокой прочностью на растяжение, низкой плотностью и устойчивостью к коррозии, является перспективной альтернативой традиционной стальной арматуре, особенно в агрессивных средах. Однако широкое применение АКП ограничено рядом факторов, среди которых недостаточная изученность поведения АКП и бетонных конструкций с ее использованием при динамических воздействиях. В статье описана структура АКП как гетерогенного анизотропного материала, состоящего из непрерывных армирующих волокон и полимерной матрицы. Отображена классификация АКП с анализом ее физико-механических свойств при статическом, длительном и динамическом нагружениях, а также методики расчета армобетонных конструкций с ее использованием. Приведена диаграмма деформирования для статического растяжения и сжатия, полученная по результатам испытаний АКП. При кратковременном статическом нагружении АКП деформируется упруго без образования пластических зон, однако при длительном воздействии из-за ползучести полимеров происходит снижение прочностных характеристик АКП. Поведение композитной арматуры при динамических воздействиях остается малоизученным, однако ряд исследователей отмечают наличие эффекта динамического упрочнения при действии кратковременной динамической нагрузки. Для определения влияния скорости деформирования на свойства АКП необходимы дополнительные исследования. В работе предложены рекомендации по моделированию нагружения при испытаниях изгибаемых элементов, учитывающие особенности их деформирования при динамической знакопеременной нагрузке. Анализ полученных результатов показывает необходимость проведения дальнейших исследований АКП в условиях циклического динамического нагружения, что позволит расширить сферу применения полимеркомпозитной арматуры в строительстве.

1. Авдеев К.В., Мамин А.Н., Бобров В.В., Бамматов А.А., Квасников А.А., Мартьянов К.В., Пугачев Б.А. Испытания элементов железобетонных конструкций с петлевыми стыками арматуры // Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 6. С. 24–30. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.06.24-30

2. Берлинов М.В. Длительная эксплуатация гибкого фундамента в условиях нелинейного реологического деформирования при силовых и средовых воздействиях // Железобетонные конструкции. 2024. Т. 8. № 4. С. 23–32.

3. Гиздатуллин А.Р., Хусаинов Р.Р., Хозин В.Г., Красиникова Н.М. Прочность и деформативность бетонных конструкций, армированных полимеркомпозитными стержнями // Инженерно-строительный журнал. 2016. № 2 (62). С. 32–41.

4. Гиздатуллин А.Р., Хозин В.Г., Куклин А.Н. и др. Особенности испытаний и характер разрушения полимеркомпозитной арматуры // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 3. С. 40–47.

5. Жаврид С.С. Исследование противокоррозионной стойкости стеклопластиковой арматуры для бетонных конструкций : дис. … канд. тех. наук. Минск, 1968.

6. Лапшинов А.Е. Обследование и контроль качества конструкций, армированных и усиленных композитными полимерными материалами // Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их решения : мат. VIII Междунар. науч.-практ. конф. 2017. С. 129–135.

7. Плевков В.С., Балдин И.В., Кудяков К.Л., Невский А.В. Прочность и деформативность арматуры композитной полимерной при статическом и кратковременном динамическом растяжении и сжатии // Вестник ТГАСУ. 2016. № 5 (58).

8. Плевков В.С., Тамразян А.Г., Кудяков К.Л. Прочность и трещиностойкость изгибаемых фибробетонных элементов с преднапряженной стеклокомпозитной арматурой при статическом и кратковременном динамическом нагружении : монография. Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2021. 204 c.

9. Римшин В.И., Меркулов С.И. О нормировании характеристик стержневой неметаллической композитной арматуры // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 5. С. 22–26.

10. Савин С.Ю., Колчунов В.В., Федорова Н.В. Несущая способность железобетонных внецентренно сжатых элементов каркасов зданий при коррозионных повреждениях в условиях особых воздействий // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 1. № 1. С. 46–54.

11. Степанова В.Ф., Бучкин А.В., Кудяков К.Л., Степанов А.Ю. Арматура композитная полимерная и композитные полимерные изделия. М., 2023.

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

13. Фролов Н.П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции. М. : Стройиздат, 1980. 104 с.

14. Ocholaa R.O., Marcusa K., Nurickb G.N., Franzc T. Mechanical behavior of glass and carbon fiber reinforced composites at varying strain rates // Composite Structures. 2004. Vol. 63. Pp. 455–467.

15. Ray B.C., Rathorea D. A review on mechanical behavior of FRP composites at different loading speeds // Critical reviews in solid state and materials sciences. 2015. Vol. 40. Pp. 119–135. DOI: 10.1080/10408436.2014.940443

16. Shahrooz B.M., Remmetter M.E., Qin F. Seismic Design and Performance of Composite Coupled Walls. Journal of Structural Engineering-Asce. 1993. Nо. 119 (11). Pp. 3291–3309. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1993)119:11(3291)