РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ, УСИЛЕННЫХ УГЛЕРОДНЫМИ ЛЕНТАМИ, ПРИ ДЕЙСТВИИ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА.

Полный текст

Анализ отечественного и зарубежного опыта [1-3] показал, что наиболее эффективным способом усиления железобетонных конструкций (и в первую очередь длительно эксплуатируемых) является усиление углеродными лентами в качестве системы внешнего армирования. В этой связи были проведены экспериментальные исследования прочности железобетонных конструкций гидротехнических сооружений (ГТС), усиленных углеродными лентами, при действии изгибающего момента (на специальных испытательных стендах). Для проведения экспериментальных исследований на действие изгибающего момента были изготовлены железобетонные модели балочного типа длиной 215 см, высотой 30 см и шириной 15 см (рис.1). При этом было изготовлено две серии моделей, отличающиеся армированием и классом бетона, присущих конструкциям гидротехнических сооружений. Одна серия балок имела армирование 2 диаметра 10 мм класса А500С (процент армирования 0,39%) и изготавливалась из бетона класса В15 (рис. 1). Другая серия балок имела армирование 3 диаметра 12 мм класса А500С (процент армирования 0,83%) и изготавливалась из бетона класса В25 (рис. 1). В опорных четвертях пролета моделей устанавливались поперечные хому- ты диаметром 8 мм с шагом 50 мм. Толщина защитного слоя бетона принима- лась равной 25 мм (рис. 1). Рис.1. Конструкция железобетонных моделей В каждую серию входило по две балки-близнеца без усиления и по две балки-близнеца, усиленных углеродными лентами. Таким образом, было изготовлено 8 моделей. Для усиления железобетонных моделей использовалась углеродная лента типа FibArm Tape 230/300. Ширина ленты принималась рав- ной ширине моделей 150 мм. Ленты наклеивались на нижней растянутой грани моделей в два слоя. На опорных участках продольные углеродные ленты закре- плялись также замкнутыми хомутами из углеродной ленты FibArm Tape 230/300 шириной 300 мм (рис. 2). Рис. 2. Схема оклейки железобетонных моделей углеродными лентами Предварительно бетонная поверхность моделей выравнивалась путем шлифования, в процессе которого удалялась цементная пленка; а также ремон- тировалась (при наличии дефектов и каверн) путем нанесения эпоксидной шпаклевки типа MapeWrap 12. Далее поверхность грунтовалась эпоксидной грунтовкой типа MapeWrap Primer 1. Непосредственно углеродные ленты на- клеивались на подготовленную поверхность эпоксидным двухкомпонентным связующим (клеем) FibArm Resin 230+. В целях определения фактической прочности бетона моделей на сжатие и растяжение, а также модуля деформации одновременно с моделями бетонировались стандартные контрольные образцы: кубики размером 100?100?100 мм; призмы размером 100?100?400 мм и цилиндры диаметром 150 мм и высотой 150 мм. Для контроля напряженно-деформированного состояния моделей в процес- се испытаний устанавливалась контрольно-измерительная аппаратура. Величины прогибов моделей регистрировались прогибомерами в виде ин- дикаторов часового типа ИЧ-10 (точность измерений составляла 0,01 мм, диа- пазон измерений - 10 мм), которые устанавливались на каждой из боковых гра- ней. При этом по 2 индикатора устанавливалось в центре пролета и по 2 инди- катора - на каждой из опор моделей. Компоненты напряженно- деформирован- ного состояния элементов моделей фиксировались тензорезисторами с базой измерений 30 мм и 50 мм (точность измерений 0,00001), которые наклеивались на бетонные поверхности моделей и на углеродные ленты (рис. 3). Рис. 3. Схемы испытаний и оснащения железобетонных моделей контрольно-измерительной аппаратурой Для проведения испытаний на действие изгибающего момента железобе- тонные модели длиной 2,15 м устанавливались на специальном стенде в гори- зонтальном положении на двух опорах, расположенных на расстоянии 1,95 м друг от друга. Одна из опор - неподвижная, другая - катковая. Для приложения вертикальной нагрузки применялся гидродомкрат, распо- ложенный в центре пролета. Нагрузка передавалась на конструкцию через рас- пределительную траверсу симметрично в двух точках на расстояниях 45 см от центра пролета и 52,5 см - от опор (рис. 3). В ходе испытаний железобетонных моделей опытная нагрузка приклады- валась ступенями, составляющими 10 % от разрушающей нагрузки. При дости- жении 80% от нагрузки разрушения нагрузка прикладывалась более мелкими ступенями (по 5% от нагрузки разрушения). После приложения соответствую- щей нагрузки на каждом этапе производилась выдержка, составляющая 15 мин, после этого регистрировались показания приборов. Образование и развитие трещин в железобетонных моделях наблюдалось с использованием микроскопа отсчетного МПБ-2. Вид испытания железобетонной модели представлен на рис. 4. Рис. 4. Испытание железобетонной модели В результате проведенных испытаний железобетонных моделей, в том чис- ле усиленных углеродными лентами, на действие изгибающего момента были получены следующие результаты. Железобетонные модели-близнецы, изготовленные из бетона В15 с арми- рованием 0,39%, не имеющие усиления, разрушались при величине нагрузки 83,0 и 88,0 кН. Железобетонные модели-близнецы, изготовленные из бетона В15 с армированием 0,39%, усиленные углеродными лентами, разрушались при нагрузках 159,2 и 191,0 кН. Железобетонные модели-близнецы, изготовленные из бетона В25 с арми- рованием 0,83%, не имеющие усиления, разрушались при величине нагрузки 165,8 кН. Железобетонные модели-близнецы, изготовленные из бетона В25 с армированием 0,83%, усиленные углеродными лентами, разрушались при на- грузках 232,0 и 257,0 кН. Результаты проведенных экспериментальных исследований приведены в таблице 1. Таким образом, за счет усиления углеродными лентами, прочность железо- бетонных конструкций из бетона В15 с армированием 0,39% повысилась в среднем в 2,06 раза; прочность железобетонных конструкций из бетона В25 с армированием 0,83% повысилась в среднем в 1,5 раза.

Об авторах

ОЛЕГ ДМИТРИЕВИЧ РУБИН

АО «Научно-исследовательский институт энергетических сооруже- ний» (АО «НИИЭС»)

Email: info@niies.ru
доктор технических наук 125362, г. Москва, Строительный проезд, д. 7А

СЕРГЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ ЛИСИЧКИН

ООО «Инженерный центр сооружений, конструкций и технологий в энергетике»(ООО«ИЦСКТЭ»)

Email: cskte@mail.ru
доктор технических наук 125362,г. Москва, ул. Свободы, д.35

КИРИЛЛ ЕВГЕНЬЕВИЧ ФРОЛОВ

ПАО «РусГидро»

Email: FrolovKE@rushydro.ru
инженер 127006, г. Москва, ул. Малая Дмитровка, д.7

Список литературы