CC BY
101
УДК 624.012
I. В. МЕЛЬНИК, Р. З. ДОБРЯНСЬКИЙ, Р. I. КАНАФОЦЬКИЙ, Н. Б. ДАВИДОВСЬКИЙ (НУ «Льв1вська полiтехнiка»)
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ БАЛОК З ПОЗДОВЖНЬОЮ АРМАТУРОЮ КЛАСУ А500С, П1ДСИЛЕНИХ КОМПОЗИТНОЮ СИСТЕМОЮ RUREDIL X MESH GOLD
Шдсилення зал1зобетонних балок з поздовжньою арматурою класу А500С композитною системою Ruredil X Mesh Gold суттево збшьшило !х мщшсть, жорстк1сть i трщиностшкють.
Ключовi слова: залiзобетонна балка, арматура, композитний матерiал, граничний стан, Ruredil
Усиление железобетонных балок с продольной арматурой класса А500С композитной системой Ruredil X Mesh Gold существенно увеличило их прочность, жесткость и трещиностойкость.
Ключевые слова: железобетонная балка, арматура, композитный материал, предельное состояние, Ruredil
Strengthening of reinforced concrete with longitudinal reinforcement class (A500C) composite beam system Ruredil X Mesh Gold substantially increased their strength, hardness and fracture toughness. Keywords: concrete beam, armature, composite material, marginal state, Ruredil
Актуальшсть проблеми
Щцсилення е одним з ефективних методiв вщновлення та збшьшення мщносп, жорсткост i трщиностшкосп залiзобетонних конструкти-вних елеменпв.
В останнi роки при шдсиленш будiвельних конструкцiй все ширше використовують висо-комiцнi композити з рiзних матерiалiв. Цьому сприяе ряд позитивних сторiн композитiв: ви-сока мiцнiсть на розтяг, у тому чи^ при змш-них навантаженнях, незначна власна вага, лег-юсть транспортування, нескладна технологiя шдсилення, вщсутшсть обмежень по довжинi, висока корозшна стiйкiсть.
Високомiцнi композити виготовляють на основi скляних, базальтових, арамщних та вуг-лецевих волокнах. Найчаспше на практицi використовують композити з вуглецевих волокон. На будiвельний ринок вони поставляються у виглядi окремих смуг (стрiчок) i тканин (ма^в). Експериментальнi дослiдження i використання на практицi, проведенi у багатьох кра!нах свiту, у тому чи^ в Укра!ш, пiдтвердили !х зазначеш вище позитивнi сторони i високу ефектившсть [1, 2, 3].
В останш роки на будiвельному ринку появились нова композицшна зовшшньоармуюча змiцнююча система ^алшсько! фiрми Ruredil [4]. В Укра!ш дослiдження ще! системи не про-водилися.
Аналiз останнiх дослiджень i публiкацiй. З шформацшних матерiалiв вiдомо, що система Ruredil X Mesh Gold складаеться з оргашчних високомiцних волокон у виглядi сiтки i стабш-
зовано! неорганiчноi' матрицi, призначено! для з'еднання штки з поверхнею бетону. Система призначена для змiцнення балкових елеменпв на згин, зсув, кручення, а також для шдсилення позацентрового стиснутих елеменпв.
В [4] подано схеми шдсилення i результати експериментальних дослщжень залiзобетонних балок, змiцнених системою Ruredil X Mesh Gold. Перерiз всiх 4-х експериментальних балок був однаковим - 40(Ь)*25(й)см. В залежно-стi вiд кiлькостi шарiв шток, схеми завантажень (одше! посерединi чи двома симетричними зо-середженими силами) в цих експериментах за-фшсовано збшьшення несучо! спроможностi балок вiд 10 до 30 %.
В 2009 р. зпдно з угодою мiж НУ «Львiвсь-кою полтехшкою» i ТзОВ «Альпi-Львiв», яка е офщшним представником Ruredil в Украш, проведеш експериментальнi дослiдження двох серiй балок (I i II) з поздовжньою арматурою рiзних класiв. Результати дослщжень балок з арматурою класу А-II, об'еднаних в серда I, подаш в попереднiй публшаци [5].
Мета i задачi дослiджень. Провести експе-риментальнi дослiдження залiзобетонних балкових елеменпв з поздовжньою робочою арматурою класу А500С за ДСТУ 3760-98, зовшш-ньо армованих рiзною кiлькiстю робочих волокон штки Ruredil, i визначити ефект шдсилення за основними конструкцшними показниками балок: мщносп, жорсткостi i трiщиностiйкостi.
Методика дослщжень. Базовою (вихвдною) конструкцiю дослщних зразкiв е балковi залiзо-бетонш елементи загальною довжиною 2,1 м з
© Мельник I. В., Добрянський Р.З., Канафоцький Р. I., Давидовський Н. Б., 2011
розмiрами перерiзу Ь*Л=10х22 см (рис. 1). Балки армоваш просторовим каркасом з обiрваною верхньою робочою арматурою у середнш зонi для дослщження стиснутого бетону без впливу стиснуто! арматури. Для упередження руйну-
вання балок по похилих перерiзах приопорш дiлянки вiдповiдно заармованi з частим розта-шуванням поперечно! арматури. Основна робо-ча арматура - 2x012 А500С.
Рис. 1. Вихвдна конструкщя дослвдних балок
Пiдсилення дослiджуваних балок виконува-ли за 3-ма схемами в залежносп вiд кiлькостi шдсилюючого матерiалу (рис. 2). У першш схе-мi (див. рис.2, Ь) в прольотнiй частинi балки наклеювали один шар сiтки на всю ширину ни-
жньо! гранi балки, у другш - два шари сiтки (див. рис. 2, в). У 3-й схем^ крiм нижнього шару сiтки, додатково наклеювали U-подiбну сп-ку, що огортала балку знизу i по боках (див. рис. 2, г).
Рис. 2. Конструкщя дослвдних балок за схемою тдсилення:
а - вимдна конструкщя (до тдсилення); б - тдсилення одним шаром спки знизу; в - тдсилення двома шарами спки знизу; г - тдсилення одним шаром стки знизу [ другим и-под1бним шаром стки знизу [ по боках; 1 - шар стки знизу; 2 - анкерукга и-под1бт спки на приопорних дшянках; 3 - и-под1бна спка в прольотнш частит балки
Таким чином, в залежносп вiд кшькосн шд-силюючого матерiалу, отримали три конструк-тивних схеми пiдсилених балок. Незалежно вiд схеми пiдсилення, на приопорних дшянках наклеювали анкеруючi сiтки, якi охоплювали знизу i по боках пiдсилюючi прольотш шари сiток.
Всього випробувано чотири балки: одна для порiвняння нешдсилена - марки Б-11 (див. рис. 2, а) i три тдсилених марок Б-11 Я (див. рис. 2, Ь), Б-ПЯЯ (див. рис. 2, в), Б-ПЯЯЯ (див. рис. 2, г), як за наведеними далi схемами пiдсилювали до завантаження.
Використана для шдсилення дослщних балок систем Ruredil X Mesh Gold складаеться з штки, виготовлено! з волокон полшарафеншен-бензооксазолу (Р. В. О) i стабшзовано! неорга-шчно! матрицi, призначено! для з'еднування (склеювання) штки з поверхнею бетону. Осно-внi фiзико-механiчнi властивостi сiтки таю: гу-стина 1,56 г/м3, мщшсть на розтяг 5,8 ГПа, модуль пружност 270 МПа, гранична деформащя 2,15 %. У напрямку основних напружень (де-формацiй) сгтка мае у два рази бшьше волокон, нiж в iншому напрямь
Cтабiлiзована неорганiчна матриця Ruredil X Mesh Gold М750 мае таю мехашчш характеристики: мщшсть на стиск 28 МПа, мщшсть на згин 3,5 МПа, модуль пружносп 6000 МПа.
Мщшсть бетону балок на момент випробу-вань становила 28,3 МПа, модуль пружносп бетону 2,05х104 МПа.
Балки випробовували на силовому стенда Навантаження створювали гiдравлiчним домкратом i через силорозподшьчу траверсу при-кладали до балок двома зосередженими силами, створюючи таким чином зону чистого зги-ну, у межах яко! дослiджували деформатив-нiсть нормальних перерiзiв по висотi перерiзу балок. Для цього до верхньо! i боково! граней балки були приеднаш тримачi iндикаторiв i упорiв на базi 230 мм. Деформацii поздовжньо! арматури замiряли на тiй самш базi з закрш-ленням приладiв до коротунiв, якi приварювали до стержшв перед бетонуванням балок (рис. 3).
Рис. 3. Схема розташування прилащв: М1-М10 - шдикатори годинникового типу з цшою под1лки 0,001 мм, для зам1ру деформацш; I-1-1-7 шдикатори годинникового типу для зам1ру прогишв; Д-1-Д-2 - динамометри кшьцевого типу
Результати випробувань
Результати експериментальних дослщжень за показниками мщносп, деформацш i трщи-ностiйкостi поданi нижче у виглядi графiкiв, таблицi та порiвняльного аналiзу цих показни-юв для пiдсилених i непiдсилених балок.
Мщшсть. Всi випробуванi балки зруйнува-лися внаслiдок втрати несучо! спроможносп нормальних перерiзiв. Непiдсилена балка марки Б-11 зруйнувалася внаслiдок текучостi поздовжньо! робочо! арматури з послщуючим дроб-ленням бетону стиснено! зони. 1ншим був характер руйнування пiдсилених балок - вичерпан-ня !х несучо! спроможностi почалося з дроб-лення стиснуто! зони бетону. При цьому пору-шення зчеплення (зсуву) на приопорних дшян-ках сггок не спостерiгалося. Ефект змщнення безпосередньо залежав вiд кiлькостi шдсилюю-чих волокон сiтки i становив вщ 18,4 % до 36,1 % (табл. 1).
Деформативтсть випробуваних балок подана у виглядi графтв деформацш нормальних
перерiЗiв i прогинiв посерединi прольоту як штегруючо! величини деформацiй у стиснутiй та розтягнутш зонах та поперечних деформацш балок.
Таблиця 1 Мщшсть зал1зобетонних балок
№ Марка Руйшвне наван- Ефект шдси-
з/п балки таження F, кН лення, %
1 Б-II 78,1 -
2 Б-IIR 92,5 18,4
3 Б-II RR 95,0 21,6
4 Б-II RRR 10,.3 36,1
Графши змiни прогинiв показують, що жор-сткiсть пiдсилених балок були майже однако-вою (рис. 4). Найбшьшу деформативнiсть, як i очшували, мае непiдсилена балка, порiвняно з якою жорстюсть пiдсилених балок при наван-таженнi 40.. .70 кН збшьшилася на 14.. .22 %.
On
Навантаження F ,кН
m №
►в* S
И м о о
M "в
c\ H'
- 00
S n
Se
Я
p M
M ft
p a
я s
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
-400 -300
-200 -100 0 100 200 300 400 Вщносш деформацп, с х 10-5
500 600
700
Рис. 7. Деформацп нормальних nepepi3iB балки Б-IIRR: 1, 2, 3 - бетону; 4 - арматури; 5 - композитно! стки
-400
-300
-200
-100 0 100 200 300 Вщносш деформацй' , с х10-5
400
500
600
700
Рис. 8. Деформацп нормальних перерiзiв балки Б-IIRRR: 1, 2, 3 - бетону; 4 - арматури; 5 - композитно! стки
Трiщиностiйкiсть. Трщиностшюсть балок оцшювали як за величиною навантаження, при якому виникли перш1 нормальш трщини, так i за величиною ïx розкриття при подальшому збiльшеннi навантаження.
Першi нормальнi трiщини виникли в нешд-силенiй балцi Б-II при навантаженш F = 7,5 кН, у балках Б-IIR i Б-IIRR - вщповщ-но при навантаженш 10,5 кН i 12,5 кН.
Кiлькiсть пiдсилюючиx волокон сiток сутте-во вплинула також на ширину розкриття трь щин. Так, при навантаженш F = 50 кН максимальна ширина розкриття нормальних трщин в зош чистого згину становила для балки Б-II 0,17 мм, для балок Б-II R i Б-II RR вщповщно 0,14 мм i 0,12 мм, що порiвняно з нешдсиленою балкою менше на 17,6 % i 29,4 %.
В балщ Б-IIRRR другий шдсилюючий шар сiтки наклеювався на половину нижньоï висоти бокових граней балки, перекриваючи всю роз-тягнуту зону. Трщини в цш зош не були вияв-ленi навт на стадiяx, близьких до руйнування.
Висновки
Щцсилення залiзобетонниx балок з поздов-жньою арматурою класу А500С композитною системою Ruredil X Mesh Gold суттево збiль-шило ïx мiцнiсть, жорсткiсть i трiщиностiй-кiсть.
В залежностi вiд кiлькостi наклеених на роз-тягнуту зону високомщних волокон (кiлькостi шарiв сiтки) мщшсть нормальних перерiзiв балок збшьшилась вiд 18 % до 36 %, жорстюсть при нормативних рiвняx навантаження збiль-шилися на 14...22 %, ширина розкриття трiщин зменшилася на18.30 %.
При наклеюваннi на нижню i боковi гранi балок композитноï системи трiщини не вини-кають навiть на передруйнiвниx етапах.
БШЛЮГРАФМНИЙ СПИСОК
1. Meier, U., Strengthening of Structures with CFRP Laminates [Текст] / U. Meier, K. Kaiser. // Advanced Composite Materials in Civil Engineering Structures, Proceedings of the
Specialty Conference (ASCE). - Las Vegas, Nevada, 1991. - P. 224-232.
2. Kotynia, R. Niektore aspekty wzmacniania belek na zginanie tasmami CFRP [Текст] / R. Kotynia // XL III konf.nauk. KILiW PAN i KN PZITB Problemy naukowo- badawcze budownictwa. -Tom IV. Konstrukcje betonowe. - Krynica, 1997. -S.117-124.
3. Кваша, В. Застосування композитiв CFRP для тдсилення залiзобетонних мослв в Украíнi [Текст] / В. Кваша, I. Мельник, Ю. Собко, А. Мурин, Р. Добрянський // 9th International Scientific Conference "Current issues of civil and environmental engineering". - Rzeszow, 3-4 September, 2004. - C. 221-227.
4. 1нформацшш матерiали фiрми Ruredil. АЛЬП1 [Текст] - Львiв, 2009 р.
5. Мельник I.В., ТзОВ «Альm-Львiв» випробову-вання залiзобетонних балок з поздовжньою арматурою класу А-II, пiдсилених композитними матерiалами Ruredil X Mesh Gold [Текст] / I. В. Мельник, Р. З. Добрянський, Р. I. Канафоцький, М. О. Кузик, Фшшшин // Ресурсоекономш ма-терiали, конструкцп, будiвлi та споруди. - Рiвне НУВГП, 2010. - Вип. 20. - С. 487-492.
Надшшла до редколегп 14.04.2011. Прийнята до друку 28.04.2011.
