Введение к работе
з
Актуальность темы исследования обусловлена значительными объемами работ по восстановлению и усилению железобетонных конструкций зданий и сооружений, находящихся в стадии, близкой к исчерпанию несущей способности, имеющих трещины и сверхнормативные прогибы. В связи с этим возникает проблема надежного проектирования усиления конструкций с использованием композиционных материалов на основе волокон, материалов с эффективными механическими свойствами.
В конце XX века строители обратили на них внимание ввиду уникальных свойств, вследствие чего системы усиления на основе волокон получили широкое распространение во всем мире и оказались наиболее продуктивными для обеспечения надежности конструкций, находящихся на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности.
Применение углепластиков позволяет не только повысить прочность таких конструкций, но и увеличить жесткость, тем самым продлить срок эксплуатации.
Важно отметить, что с проблемой повышения прочности конструкций проектировщики нередко сталкиваются и при новом строительстве.
В нашей стране объем исследований в этой области незначительный. Изучены лишь отдельные факты. Имеется обширный опыт применения данной технологии усиления за рубежом, но в России отсутствуют нормативные документы, которыми проектировщики могут пользоваться при расчетах усиления вышеуказанных конструкций.
На сегодняшний день отсутствуют инженерные методы расчета железобетонных конструкций, усиленных углепластиками, под нагрузкой с учетом стадии их работы.
Является актуальной задача накопления экспериментальных данных, необходимых для уточнения расчетной схемы и дальнейшего совершенствования методики расчета изгибаемых железобетонных элементов, усиленных внешним армированием из углепластиков.
Цель диссертационной работы:
Обосновать повышение прочности и жесткости изгибаемых железобетонных балок, усиленных внешним армированием из углепластика на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности, в том числе и за границей переармирования.
Достижение поставленной цели предопределило задачи исследования:
изучить и проанализировать мировой опыт исследования прочности и деформативности усиленных углепластиком железобетонных балок;
исследовать влияние внешнего армирования из углепластика на рост прочности и жесткости экспериментальных образцов;
выявить формы трещинообразования и разрушения экспериментальных образцов после усиления элементами внешнего армирования из углепластика;
предложить инженерную методику расчета для изгибаемых железобетонных балок, усиленных внешним армированием из углепластика.
Актуальность диссертационной работы обусловлена возможностью расширить область применения внешнего армирования из углепластиков в качестве материалов для усиления конструкций, находящихся на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности, имеющих деформации, прогибы и трещины.
На защиту выносятся:
-
Методика эксперимента, позволяющая реально оценить вклад внешнего армирования в работу железобетонных балок, усиленных углепластиком на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности;
-
Результаты экспериментальных исследований прочности железобетонных балок, усиленных углепластиком на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности;
-
Результаты экспериментальных исследований деформативности и трещиностойкости железобетонных балок, находящихся на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности, усиленных углепластиком;
-
Расчетная схема для анализа прочности и жесткости изгибаемых железобетонных элементов на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности, при усилении углепластиком, отражающая действительную работу усиленных изгибаемых железобетонных элементов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Получены экспериментальные данные о прочности и жесткости поврежденных изгибаемых железобетонных балок, усиленных углепластиками, за границей переамирования;
-
Предложена инженерная методика расчета изгибаемых конструкций, предварительно доведенных до стадии, близкой к исчерпанию несущей способности, с внешним армированием из углепластика, в рамках которого рассматривается дальнейшая работа конструкции «в» и «за» пределами переармирования;
-
Доказана возможность восстановления прочности и жесткости (после усиления) изгибаемых железобетонных элементов практически до первоначальных значений, которые были утрачены в результате нагружения;
-
Использована расчетная схема внецентренного сжатия для анализа прочности и жесткости изгибаемых элементов, усиливаемых на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности;
-
В расчетной схеме железобетонных балок, усиленных углепластиком, впервые отражено разгружающее действие элемента внешнего армирования (за счет «Байтового» эффекта), обусловленное геометрическим фактором - наличием начальной кривизны;
-
Доказан эффект сдерживания роста имеющихся трещин и отсутствия новых трещин в результате усиления изгибаемых железобетонных балок элементами внешнего армирования из углепластика.
Практическое значение работы:
- получены экспериментальные данные о прочности и жесткости
железобетонных балок, усиленных внешним армированием из углепластика на
стадии, близкой к исчерпанию несущей способности;
усиление изгибаемых железобетонных элементов углепластиком позволило в несколько раз повысить прочность и жесткость образцов, в том числе за границей переармирования;
- по результатам экспериментальных исследований даны предложения по
методике расчета изгибаемых железобетонных балок, усиленных внешним
армированием из углепластика;
полученные результаты экспериментального исследования свидетельствует о разгружающей способности углепластикового армирования за счет возникновения «Байтового» эффекта;
предложена методика оценки прочности и жесткости железобетонных балок, находящихся на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности, усиленных внешним армированием из углепластика, что существенным образом расширяет сферу применения углепластика в качестве материала для усиления предаварийных и аварийных конструкций; подтверждает возможность восстановления их несущей способности;
полученные результаты позволяют наиболее полно реализовать высокие механические свойства элементов внешнего армирования из углепластика, что приводит к более экономичному их использованию.
Обоснованность и достоверность представленных результатов
основывается на использовании известных допущений теории железобетона, подтверждается экспериментальными данными исследований образцов с варьируемыми характеристиками и результатами численного моделирования.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в
строительной науке и образовании» (г. Москва, 2011 г.), на заседаниях кафедры «Испытание сооружений» 11 апреля и 4 сентября 2012 года, на Заседании научно-технического совета ИСА МГСУ по отделению №1 «Строительство и архитектура» 12 марта 2013 года, изложены в 10 опубликованных статьях.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 5 статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 статья в сборнике трудов международной научной конференции.
Структура и объем работы
Похожие диссертации на Прочность и деформативность железобетонных балок, усиленных углепластиком на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности
