Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2929410.22363/1815-5235-2021-17-3-288-298Experimental researchesЭкспериментальные исследованияResearch ArticleExperimental studies of the stress-strain state of reinforced concrete structures strengthened by prestressed basalt-composite rebarЭкспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций, усиленных предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой2720-6627RubinOleg D.РубинОлег Дмитриевич

Director, Scientific Research Institute of Energy Structures - branch of JSC “Institute Hydroproject”, Doctor of Technical Sciences

директор филиала, Институт «Гидропроект» имени С.Я. Жука, Научно-исследовательский институт энергетических сооружений, доктор технических наук

cskte@mail.ruLisichkinSergey E.ЛисичкинСергей Евгеньевич

Deputy General Director, Engineering Center of Structures, Constructions and Technologies in Power Engineering, Ltd., Doctor of Technical Sciences

заместитель генерального директора, Инженерный центр сооружений, конструкций и технологий в энергетике, доктор технических наук

cskte@mail.ru6769-5035ZyuzinaOksana V.ЗюзинаОксана Валерьевна

engineer of the 1st category, postgraduate student

инженер 1-й категории, аспирант

cskte@mail.ruScientific Research Institute of Energy Structures - branch of JSC “Institute Hydroproject”Институт «Гидропроект» имени С.Я. Жука, Научно-исследовательский институт энергетических сооруженийEngineering Center of Structures, Constructions and Technologies in Power Engineering, LtdИнженерный центр сооружений, конструкций и технологий в энергетикеB.E. Vedeneev All-Russia Research Institute of Hydraulic EngineeringВсероссийский научно-исследовательский институт имени Б.Е. Веденеева24102021173VOL 17, NO3 (2021)ТОМ 17, №3 (2021)28829824102021Copyright ©; 2021, Rubin O.D., Lisichkin S.E., Zyuzina O.V.Copyright ©; 2021, Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Зюзина О.В.2021Rubin O.D., Lisichkin S.E., Zyuzina O.V.Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Зюзина О.В.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/29294

Relevance. In recent years, composite materials have become widespread in the construction of reinforced concrete structures for industrial, civil and transport structures. It is proposed to strengthen the reinforced concrete structures of hydraulic structures with prestressed basalt composite rebar. It took an experimental and theoretical substantiation of technical solutions to strengthen the reinforced concrete structures of hydraulic structures with prestressed basalt composite reinforcement. The aim of the work was to carry out a set of experimental and theoretical studies of the stress-strain state and internal forces in low-reinforced concrete structures of hydraulic structures reinforced with prestressed basalt composite rebar. Methods. Experimental studies of the stress-strain state and internal forces were carried out on the basis of low-reinforced concrete beam-type models with interblock construction joints, harden with prestressed basalt composite reinforcement in the stretched (compressed) zones of the models. Theoretical studies of the stress-strain state and internal forces were carried out on the basis of the theory of reinforced concrete and structural mechanics. Results. As a result of the research carried out on typical low-reinforced concrete structures of hydraulic structures with interblock construction joints, the main stages of the stress-strain state of hydraulic reinforced concrete structures were formulated. Based on the data of experimental and theoretical studies, taking into account the reinforcement with prestressed basalt composite rebar, as well as with prestressed clamps in the shear zone, a method was developed for calculating the strength of low-reinforced hydrotechnical reinforced concrete structures with interblock construction joints.

Актуальность. В последние годы в строительстве железобетонных конструкций промышленных, гражданских и транспортных сооружений находят распространение композитные материалы. Предлагается выполнять усиление железобетонных конструкций гидротехнических сооружений предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой. Потребовалось экспериментальное и теоретическое обоснование технических решений по усилению железобетонных конструкций гидротехнических сооружений предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой. Цель работы заключалась в проведении комплекса экспериментально-теоретических исследований напряженно-деформированного состояния и внутренних усилий в малоармированных железобетонных конструкцях гидротехнических сооружений, усиленных предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой. Методы. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния и внутренних усилий проводились на основе малоармированных железобетонных моделей балочного типа, имеющих межблочные строительные швы, усиленных предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой в растянутой (сжатой) зонах моделей. Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния и внутренних усилий проводились на основе теории железобетона. Результаты проведенных исследований характерных малоармированных железобетонных конструкций гидротехнических сооружений с межблочными строительными швами позволили определить этапы напряженно-деформированного состояния гидротехнических железобетонных конструкций. На основе данных экспериментально-теоретических исследований, в том числе с учетом усиления предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой, а также предварительно напряженными хомутами в зоне среза, была разработана методика расчета прочности малоармированных гидротехнических железобетонных конструкций с межблочными строительными швами.

hydraulic structuresbasalt composite reinforcementprestressingstrengthening of structuresstress-strain stateinternal forcesexperimental and theoretical researchmethod for calculating the strengthгидротехнические сооружениябазальтокомпозитная арматурапредварительное напряжениеусиление конструкцийнапряженно-деформированное состояниевнутренние усилияэкспериментально-теоретиче- ские исследованияметодика расчета прочностиBellendir E.N., Rubin O.D., Lisichkin S.E., Zyuzina O.V. Experimental studies of prestress losses of basalt composite reinforcement as part of a concrete element. Power Technology and Engineering. 2020;(7):2–6. (In Russ.)Беллендир Е.Н., Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Зюзина О.В. Экспериментальные исследования потерь предварительного напряжения базальтокомпозитной арматуры в составе бетонного элемента // Гидротехническое строительство. 2020. № 7. С. 2-6.Rubin O.D., Lisichkin S.E., Zyuzina O.V. The influence of the basalt composite prestressed reinforcement on the operation of low-reinforced, reinforced concrete structures with interblock construction joints. Prirodoobustroystvo. 2020;(5):50–58. (In Russ.)Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Зюзина О.В. Влияние базальтокомпозитной предварительно напряженной арматуры на работу малоармированных, железобетонных конструкций с межблочными строительными швами // Природообустройство. 2020. № 5. С. 50-58.Zyuzina O.V. Experimental studies of reinforced concrete structures of hydraulic structures strengthened with prestressed transverse reinforcement. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2020;16(6):504–512. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-6-504-512Зюзина О.В. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, усиленных предварительно напряженной поперечной арматурой // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2020. Т. 16. № 6. С. 504-512. http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-6-504-512Becker A.T., Umansky A.M. Application of basalt-plastic reinforcement in the structures of offshore hydroengineering constructions. Proceeding of the VNIIG. 2016;(282):61–75. (In Russ.)Беккер А.Т., Уманский А.М. Применение базальтопластиковой арматуры в конструкциях морских гидротехнических сооружений // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники имени Б.Е. Веденеева. 2016. № 282. С. 61-75.Zavgorodnev A.V., Umansky A.M., Bekker A.T., Borisov E.K. Prospects for the use of composite reinforcement in marine hydraulic engineering. Mining Informational and Analytical Bulletin (Scientific and Technical Journal). 2014; (S4–9):137–148.Завгороднев А.В., Уманский А.М., Беккер А.Т., Борисов Е.К. Перспективы применения композитной арматуры в морском гидротехническом строительстве // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2014. № S4-9. C. 137-148.Rubin O.D., Umnova R.V. Experimental studies of reinforced concrete structures under the action of bending moments, longitudinal and transverse forces. Collection of Scientific Works of Hydroproject. 1991;(145):83–95. (In Russ.)Рубин О.Д., Умнова Р.В. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций при действии изгибающих моментов, продольных и поперечных сил // Сборник научных трудов Гидропроекта. 1991. Вып. 145. С. 83-95.Lisichkin S.E., Rubin O.D., Kamnev N.M. Calculation of the strength of a fragment of a turbine block with a scroll casing at the Al Waqda hydro development. Hydrotechnical Construction Consultants Bureau. 1998;29(12):721–727.Rubin O.D., Lisichkin S.E., Kamnev N.M. Calculation of the strength of a fragment of a turbine block with a scroll casing at the Al Waqda hydro development // Hydrotechnical Construction Consultants Bureau. 1998. Vol. 29. No. 12. Pp. 721-727.Rubin O.D., Lisichkin S.E., Frolov K.E. Experimental investigations of reinforced concrete structures of hydraulic structures with block seams, enhanced by the external reinforcement system. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2018;14(3):198–204. (In Russ.) https://doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-3-198-204Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Фролов К.Е. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций гидротехнических сооружений с блочными швами, усиленных системой внешнего армирования // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2018. Т. 14. № 3. С. 198-204. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-3-198-204Hamed E., Bradford M.A. Flexural time-dependent cracking and post-cracking behaviour of FRP strengthened concrete beams. International Journal of Solids and Structures. 2012;49:1595–1607.Hamed E., Bradford M.A. Flexural time-dependent cracking and post-cracking behaviour of FRP strengthened concrete beams // International Journal of Solids and Structures. 2012. Vol. 49. Pp. 1595-1607.Zhou Y., Gou M., Zhang F., Zhang Sh., Wang D. Reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer by friction hybrid bond technique: experimental investigation. Materials and Design. 2013;50:130–139.Zhou Y., Gou M., Zhang F., Zhang Sh., Wang D. Reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer by friction hybrid bond technique: experimental investigation // Materials and Design. 2013. Vol. 50. Pp. 130-139.Selvachandran P., Anandakumar S., Muthuramu K.L. Deflection behavior of prestressed concrete beam using fiber reinforced polymer (FRP) tendon. The Open Civil Engineering Journal. 2016;(10):40–60.Selvachandran P., Anandakumar S., Muthuramu K.L. Deflection behavior of prestressed concrete beam using fiber reinforced polymer (FRP) tendon // The Open Civil Engineering Journal. 2016. No. 10. Рр. 40-60.Zhu H., Yang Y. External prestressing bridge reinforcement technology review. MATEC Web of Conferences. 2015;22:04028.Zhu H., Yang Y. External prestressing bridge reinforcement technology review // MATEC Web of Conferences. 2015. Vol. 22. Article number 04028.Pavlović A., Donchev T., Petkova D., Limbachiya M., Almuhaisen R. Pretensioned BFRP reinforced concrete beams: flexural behaviour and estimation of initial prestress losses. MATEC Web of Conferences. 2019;289:09001.Pavlović A., Donchev T., Petkova D., Limbachiya M., Almuhaisen R. Pretensioned BFRP reinforced concrete beams: flexural behaviour and estimation of initial prestress losses // MATEC Web of Conferences. 2019. Vol. 2. Article number 09001.Yang D., Zhang J., Song S., Zhou F., Wang Ch. Experimental investigation on the creep property of carbon fiber reinforced polymer tendons under high stress levels. Materials. Materials (Basel). 2018;11(11):2273. https://doi.org/10.3390/ma11112273Yang D., Zhang J., Song S., Zhou F., Wang Ch. Experimental investigation on the creep property of carbon fiber reinforced polymer tendons under high stress levels // Materials (Basel). 2018. Vol. 11. No. 11. Article number 2273. https://doi.org/10.3390/ma11112273Thorhallsson E.R., Zhelyazov T., Gunnarsson A., Snaebjornsson J.T. Сoncrete beams reinforced with prestressed basalt bars. Concrete-Innovation and Design, fib Symposium (Copenhagen, Denmark, 18–20 May 2015). Copenhagen, 2015.Thorhallsson E.R., Zhelyazov T., Gunnarsson A., Snaebjornsson J.T. Сoncrete beams reinforced with prestressed basalt bars // Concrete-Innovation and Design, fib Symposium (Copenhagen, Denmark, 18-20 May 2015). Copenhagen, 2015. 10 p.Gunnarsson A., Thorhallsson E.R., Snaebjornsson J.T. Simulation of experimental research of concrete beams prestressed with BFRP tendons. Proceedings of the XXII Nordic Concrete Research Symposium. Reykjavik, Iceland; 2014. p. 153–156.Gunnarsson A., Thorhallsson E.R., Snaebjornsson J.T. Simulation of experimental research of concrete beams prestressed with BFRP tendons // Proceedings of the XXII Nordic Concrete Research Symposium. Reykjavik, Iceland, 2014. Pp. 153-156.Thorhallsson E.R., Jonsson B.S. Test of prestressed concrete beams with BFRP tendons. Workshop Structural Engineering and Composites Laboratory. Reykjavik: Reykjavik University; 2012.Thorhallsson E.R., Jonsson B.S. Test of prestressed concrete beams with BFRP tendons // Workshop Structural Engineering and Composites Laboratory. Reykjavik: Reykjavik University, 2012. 6 p.Thorhallsson E.R., Gudmundsson S.H. Test of prestressed basalt FRP concrete beams with and without external stirrups. Proceedings from fib Symposium (Tel-Aviv, April, 2013). Tel-Aviv; 2013. p. 393–396.Thorhallsson E.R., Gudmundsson S.H. Test of prestressed basalt FRP concrete beams with and without external stirrups // Proceedings from fib Symposium (Tel-Aviv, April, 2013). Tel-Aviv, 2013. Pp. 393-396.Zalesov A.S., Klimov Yu.A. The strength of reinforced concrete structures under the action of transverse forces. Kyiv: Budivel'nyk Publ.; 1989. (In Russ.)Залесов А.С., Климов Ю.А. Прочность железобетонных конструкций при действии поперечных сил. Киев: Будивельнык, 1989. 104 с.Golyshev A.B., Kolchunov V.I., Smolyago G.A. Experimental studies of reinforced concrete elements under the combined action of a bending moment and shear force. Investigation of Engineering Structures. Moscow; 1980. (In Russ.)Голышев А.Б., Колчунов В.И., Смоляго Г.А. Экспериментальные исследования железобетонных элементов при совместном действии изгибающего момента и поперечной силы // Исследование строительных конструкций и сооружений. М., 1980. С. 26-42.Zalesov A.S., Rubin O.D., Nikolayev V.B. Improvement of the methodology for calculating the strength of reinforced concrete elements on inclined sections. Power Technology and Engineering. 1987;(12):39–42. (In Russ.)Залесов А.С., Рубин О.Д., Николаев В.Б. Совершенствование методики расчета прочности железобетонных элементов по наклонным сечениям // Гидротехническое строительство. 1987. № 12. С. 39-42.