CC BY
116
УДК 624.21
Овчинников Игорь Георгиевич
ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Россия, Пермь
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов1
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет»
Сочинский филиал Россия, Сочи Профессор Доктор технических наук E-Mail: [email protected]
Овчинников Илья Игоревич
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет»
Сочинский филиал Россия, Сочи Доцент
Кандидат технических наук E-Mail: [email protected]
Чесноков Георгий Владимирович
«НИИ Графит» Предприятие госкорпорации «Росатом»
Россия, Москва
Главный специалист Проектного офиса «Строительный кластер»
E-Mail: [email protected]
Феоктистов Сергей Александрович
ООО «Дортехпроект» Россия, Саратов Начальник отдела диагностики мостов E-Mail: [email protected]
Применение заполненных бетоном трубчатых конструкций из фиброармированных пластиков в транспортном строительстве: Часть 2. Отечественные исследования заполненных бетоном фибропластиковых арок и технология сооружения мостов с применением фибропластиковых арок
1 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, СГТУ имени Гагарина Ю.А., кафедра «Транспортное строительство»
Аннотация. В статье рассматривается методика подготовки и проведения натурных испытаний трубчатой арки из фибропластика, заполненной бетоном. Исследовалась арочная конструкция радиусом 3,5 м из углеродно-волоконной оболочки, при изготовлении которой использовались российские углеродные наполнители производства ООО «Аргон» г. Балаково, а связующее разработки ФГУП «ВИАМ. Конструкция концами заделана в металлические ящики залитые бетоном. В процессе проведения испытаний использовалось оборудование: эталонный динамометр, гидроцилиндр универсальный (домкрат), насосная станция, прогибомеры, тензомессуры. Испытательная нагрузка была расположена сверху над замком арки. Прогибомеры, используемые для измерения прогибов, были установлены в замке и четвертях арки, тензомессуры, применяемые для измерения местных деформаций, устанавливали в пятах арки. Нагрузка прикладывалась шагами, после каждого приложения нагрузки по приборам фиксировались отсчеты. Максимальная нагрузка, при которой произошло разрушение арки, составляет 121,5 кН. При этом максимальный прогиб в замке арки составил 32,13 мм. До нагрузки 100 кН в замке арки наблюдалась линейная зависимость нагрузка - прогиб.
Проведенные испытания фибропластиковой арки, заполненной бетоном, показали, что, несмотря на кажущуюся симметрию формы конструкции, материала, способа опирания и прикладываемой нагрузки имеет место несимметричное деформирование заполненной бетоном фибропластиковой трубчатой арки в процессе ее нагружения.
Во второй части статьи описана технология строительства арочного моста с использованием фибропластиковых труб, заполненных бетоном, включающая этапы: 1)изготовление трубчатых арочных элементов из фибропластика; 2) подготовка основания и возведение опалубки под фундаменты на строительной площадке; 3) установка арочных элементов из фибропластика; 4) заливка бетонного фундамента; 5) укладка гофрированного настила из фиброармированного пластика; 6) заполнение фибропластиковых арок бетоном; 7) устройство бетонного защитного слоя по гофрированному настилу; 8) установка элементов оголовков; 9) устройство грунтовой (щебеночной) засыпки; 10) устройство дорожной одежды и установка барьерных ограждений на мосту. Показано, что описанная технология может быть перенесена на сооружение двух и многопролетных мостов с несущими элементами из заполненных бетоном фибропластиковых трубчатых арок, а также на сооружение косых арочных мостов.
Ключевые слова: фибропластики; арочный мост; трубчатый арочный элемент из фибропластика; трубобетон; испытание арки; применение композитов; сооружения моста с фибропластиковыми арками; идентификация модели арки.
Идентификационный номер статьи в журнале 103ТУЫ414
1. Введение
В первой части настоящей статьи [1] исследуется возможность применения заполненных бетоном фибропластиковых трубчатых конструкций для создания несущих элементов арочных мостов. Приведен краткий обзор основных направлений применения фибропластиков в транспортном строительстве и возникающие при этом проблемы. Одно из направлений - усиление железобетонных конструкций [2 - 25]. Другое направление -применение фиброармированных пластиков в качестве внешней опалубки и арматуры при изготовлении прямолинейных и криволинейных трубчатых конструкций [26-32]. В этом случае прочность бетонного ядра, стесненного фибропластиковой оболочкой, вдоль оси трубобетонного стержня повышается в 3 - 3,5 раза. Изоляция бетона от окружающей среды фибропластиковым кожухом создает лучшие условия для работы бетона под нагрузкой. И если в неизолированном бетоне происходит постоянно прогрессирующее развитие микротрещин, то у изолированного бетона при тех же уровнях напряжений оно быстро прекращается. На цилиндрических поверхностях фибропластиковых трубобетонных конструкций задерживается меньше пыли и грязи, которые активизируют процессы атмосферной коррозии. Использование трубобетонных конструкций в сооружениях, подверженных ветровым нагрузкам, позволяет снизить эти нагрузки за счет улучшения аэродинамических качеств. Меньшая масса фибропластиковых трубобетонных элементов в сравнении с железобетонными облегчит их транспортировку и монтаж. Трубобетон экономичнее железобетона из-за отсутствия опалубки, хомутов, отгибов, петель, закладных деталей; он более вынослив, менее подвержен механическим повреждениям.
Далее в статье [1] приводятся и анализируются результаты экспериментальных и теоретических (с использованием метода конечных элементов) исследований отдельной заполненной бетоном фибропластиковой арки. Показано, что бетон, заключенный в фибропластиковую трубу работает более эффективно, а изогнутые фибропластиковые трубчатые элементы могут использоваться в качестве несущих конструкций арочных мостов. Сравнение результатов расчета по использованной модели с данными эксперимента показывает очень хорошее совпадение, однако при постановке эксперимента и расчетном анализе не учтена возможность несимметричного деформирования арочной конструкции из-за несимметрии либо формы, либо материала, либо нагрузки, которые практически всегда имеют место в реальных конструкциях.
Поэтому при постановке эксперимента, который будет описан ниже, мы постарались обратить внимание именно на это обстоятельство и учесть возможную несимметрию в поведении арочной конструкции в процессе испытаний.
2. Отечественные исследования поведения заполненных бетоном фибропластиковых арок под нагрузкой
Для проверки несущей способности заполненного бетоном арочного трубчатого элемента, в г. Энгельс Саратовской области на базе Мостоотряда 8 (ОАО «Волгомост») было проведено сначала изготовление заполненного бетоном трубчатого арочного элемента, а затем его испытание нагрузкой, которое проводилась ООО «Дортехпроект» [33].
Объектом испытания являлась арочная конструкция радиусом R=3500мм, состоящая из углеродно-волоконной оболочки. При изготовлении трубчатой конструкции могут использоваться российские углеродные наполнители УОЛ-300 и УТ-900, производства ООО «Аргон» г. Балаково, а связующее разработки ФГУП «ВИАМ». В качестве альтернативы могут использоваться углеродные наполнители: ткани производства фирмы Рог^егМ.:
углеродная равнопрочная ткань 3692 (аналог УТ-900) и однонаправленная ткань 3673 (аналог УОЛ-300).
Процесс придания необходимой арочной формы трубчатой конструкции показан на рисунке 1.
Рис. 1. Процесс придания изогнутой формы трубчатой конструкции из углеродного фибропластика
Конструкция концами заделана в металлические ящики залитые бетоном и закреплена на опорную балку-распорку из металлического швеллера №27 (рисунки 2 и 3). Над аркой расположена поперечная балка, состоящая из двух швеллеров №20, которые опираются на вертикальные стойки. Дополнительно установлены раскосы из равнополочного уголка 90х90. Далее углеродно-волоконная оболочка была заполнена бетоном марки В25. На момент испытания бетон был выдержан 28 суток.
На рисунке 4 приведена схема испытываемой конструкции.
Рис. 2. Общий вид объекта испытания
Рис. 3. Вид арки сбоку Схема испытываемой конструкции М 1:100
Б 1 с № 20
Эталонный динамог
Упор С№ 20
Страховочный стержень Стойка : № 20
Прогибомер 6 ПАО
Б-Б
С № 20 Опорная балка С № 27
Опорный лист
Рис. 4. Схема испытываемой арочной конструкции Ниже, на рисунках 5 и 6 показан процесс установки арки и бетонирования ее концов.
А
Б
Рис. 5. Установка незаполненной углепластиковой трубчатой арки в проектное положение
Рис. 6. Бетонирование концов арки в опорных ящиках
На рисунках 7, 8 показан процесс заполнения арки бетоном. На рисунке 9 показана арка, подготовленная к испытаниям.
Рис. 7. Подача бетона для заполнения пустотелой арки
Рис. 8. Завершение процесса заполнения арки бетоном и уплотнение бетона поверхностным
и глубинным вибратором
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 4 (23), июль - август 2014
http://naukovedenie.ru [email protected]
Рис. 9. Трубчатая заполненная бетоном углепластиковая арка подготовлена к испытаниям
В процессе проведения испытаний использовалось поверенное и откалиброванное оборудование: эталонный динамометр ДОС 500 ЗИ № 101/76, гидроцилиндр универсальный (домкрат) ГЦ 50-75, насосная станция, прогибомеры 6ПАО, тензомессуры.
Испытание проводилось с учетом требований регламента на испытание бетонной арки в углеволоконной оболочке. Испытательная нагрузка была расположена сверху над замком арки. В качестве испытательной нагрузки был использован гидроцилиндр универсальный, установленный на поперечную балку, расположенную на вертикальных стойках из швеллера №20 (рисунок 10).
Прогибомеры 6 ПАО, используемые для измерения прогибов, были установлены в замке и четвертях арки, тензомессуры, применяемые для измерения местных деформаций, устанавливали в пятах арки (Рис. 11).База тензомессуры 30см. До нагружения арки первичной нагрузкой снимались нулевые показания всех приборов.
Рис. 10. Нагружение арки с помощью универсального гидроцилиндра
Рис. 11. Установленные тензомессуры в рабочем положении
Испытание проводилось в течение двух дней. В первый день испытаний нагружение конструкции начиналось с первичной нагрузки 10 кН, выдерживанием заданной нагрузки в течение 5 минут и фиксированием полученных отсчетов по приборам. Далее нагрузка снималась, и фиксировались вторые нулевые отчеты. Испытание производилось до нагрузки 60 кН с шагом 10 кН, после каждого нагружения нагрузка снималась. После нагрузки 60 кН шаг прилагаемых нагрузок был понижен до 5 кН. Испытание с шагом 5кН производилось до 80 кН. Далее ввиду неблагоприятных погодных условий испытание было приостановлено.
Через три дня испытание возобновили (рисунок 12).
Рис. 12. Испытание арки
Нагружение проходило в два этапа. Первоначально нагружение конструкции происходило с шагом 10 кН, выдерживанием заданной нагрузки в течение 5 минут и фиксированием полученных отсчетов по приборам. Испытание производилось до нагрузки 60 кН. После чего шаг прилагаемых нагрузок был понижен до 5 кН Испытание с шагом 5 кН производилось до 95 кН, после чего нагрузка была снята.
На втором этапе были внесены корректировки в соответствующий Регламент. Первоначально была приложена нагрузка в 50 кН, далее нагрузка была увеличена до 90 кН, 95 и 100кН. После достижения прилагаемой нагрузки 100 кН шаг нагрузки был понижен на 2 кН и, при последовательном нагружении, арка была доведена до разрушения (рисунок 13).
После каждого приложения нагрузки по приборам фиксировались отсчеты. В момент приложения нагрузки 85 кН в арке наблюдалось изменение структуры углеволоконной оболочки (рисунок 14).
Рис. 13. Разрыв углеволоконной оболочки при нагрузке 121,5 кН
Рис. 14. Изменение структуры углеволокна при нагрузке 85 кН
В момент приложения нагрузки 121,5 кН произошел перелом углеволоконной оболочки арки раздался характерный звук, давление в гидроцилиндре упало, и образовалась трещина в нижней части замка арки раскрытием до 12 мм, глубиной до 17 мм (Рис. 13).
Максимальный прогиб арки в замке составлял 32,13 мм вниз, в четвертях: в левой 2,46 мм вверх и в правой 9,35 мм вверх. Показания тензомессур составили: левой - растяжение 0,188 мм, правой - растяжение 0,074мм.
Результаты испытаний арки за три дня указаны в таблицах 1, 2 и 3.
Таблица 1
Результаты испытаний арки в первый день испытаний
Показания динамометра Показания прогибомеров Показания тензомессур
Нагрузка, кН Пр-р 1 0,01 мм Пр-р 2 0,01 мм Пр-р 3 0,01 мм Мессура 1 0,01 мм Мессура 2 0,01 мм
0 0083 2431 0826 0000 0000
10 0117 2526 0832 0011 0024
0 0084 2437 0826 0000 0002
20 0131 2637 0837 0001 00489
0 0084 2441 0825 -0009 0002
30 0148 2743 0850 0011 0077
0 0078 2435 0817 -0009 -0007
40 0155 2848 0835 0007 0102
0 0077 2437 0816 -0020 -0002
50 0163 3370 0742 -0006 0097
0 0080 2525 0781 -0023 -0009
60 0177 3616 0624 -0002 0055
0 0084 2562 0755 -0022 -0021
65 0168 3726 0591 -0014 0039
70 0170 3877 0553 -0016 0033
75 0090 4047 0518 -0016 0032
80 0088 4192 0489 -0019 0030
Таблица 2
Результаты испытаний арки во второй день испытаний
Показания динамометра Показания прогибомеров Показания тензомессур
Нагрузка, кН Пр-р 1, 0,01 мм Пр-р 2, 0,01 мм Пр-р 3 0,01 мм Мессура 1 0,001 мм Мессура 2 0,001 мм
1 2 3 4 5 6
0 1315 0156 1037 0609 0598
10 1334 0296 1029 0614 0614
20 1355 0513 0988 0618 0621
30 1374 0740 0943 0628 0630
40 1380 0968 0897 0628 0633
50 1384 1179 0859 0624 0633
60 1387 1405 0816 0629 0641
70 1387 1635 0769 0629 0644
75 1385 1746 0745 0629 0643
80 1382 1881 0716 0630 0645
85 1370 2010 0682 0622 0636
90 1364 2174 0650 0622 0637
95 1354 2416 0615 0624 0639
Таблица 3
Результаты испытаний арки в третий день испытаний
Показания динамометра Показания прогибомеров Показания тензомессур
Нагрузка, кН Пр-р 1 0,01 мм Пр-р 2 0,01 мм Пр-р 3 0,01 мм Мессура 1 0,001 мм Мессура 2 0,001 мм
0 1278 0318 0992 0600 0591
50 1355 1411 0821 0600 0628
80 1319 2119 0686 0600 0632
90 1301 2333 0637 0596 0635
95 1277 2445 0608 0595 0633
100 1250 2572 0576 0586 0632
102 1237 2649 0549 0584 0627
104 1225 2702 0522 0583 0626
106 1213 2754 0505 0576 0626
108 1199 2801 0489 0570 0625
110 1190 2880 0469 0571 0626
115 1118 3117 0426 0566 0630
120 1032 3531 0057 0420 0551
По результатам испытаний были сделаны следующие выводы:
Максимальная нагрузка, при которой произошло разрушение арки, составляет 121,5 кН. При этом максимальный прогиб в замке арки составил 32,13мм. До нагрузки 100 кН в замке арки наблюдалась линейная зависимость прогиб-нагрузка. Прогибы в левой и правой четвертях арки соответствовали обычному распределению прогибов в арочных конструкциях.
На рисунках 15, 16, 17 приведены экспериментальные графики прогибов в замке арочной конструкции в разные дни испытаний.
Приложение 2
Рис. 15. Экспериментальные кривые нагрузка - прогиб в замке арки
Показания прогибомера, расположенного в левой четверти арки
Рис. 16. Экспериментальные кривые нагрузка - прогиб в левой четверти арки
1-й день испытаний
Показания прогибомера, расположенного в правой четверти арки „ „
2-й день испытаний
1-й цикл
2-й день испытаний
2-й цикл
Рис. 17. Экспериментальные кривые нагрузка - прогиб в правой четверти арки
Следует отметить, что в процессе нагружения арки ввиду несимметрии самой конструкции арки (ее формы, толщины углеволоконной намотки, плотности заполнения арки бетоном, а также несимметрии приложения нагрузки), процесс деформирования арки оказался несимметричным. Причина этого эффекта понятна. Арочная конструкция такого вида требует гораздо меньшей энергии при несимметричном деформировании и последующей потери устойчивости, что и наблюдалось в данном эксперименте.
3. Последовательность строительства арочного моста
с использованием фибропластиковых труб, заполненных бетоном
На основе анализа ряда публикаций можно предложить следующую последовательность строительства арочного моста с использованием фибропластиковых труб, заполненных бетоном в качестве несущих элементов.
1. Изготовление трубчатых арочных элементов из фибропластика.
Включает такие этапы как: сборка трубчатой конструкции из фибропластика, придание трубчатой конструкции арочной формы в соответствии с проектом, пропитка смолой (рис. 18) . Процесс занимает несколько часов, после чего арки могут доставляться на строительную площадку.
Рис. 18. Изготовление трубчатых арочных элементов из фибропластика и доставка их на
строительную площадку
2. Подготовка основания и возведение опалубки под фундаменты на строительной площадке. Включает геодезические работы по разбивке плана сооружения, планировку площадок под фундаменты, при необходимости устройство котлована или сооружение свайного основания, а также установку опалубки и арматурного каркаса для фундаментов (рис.19).
Рис. 19.
3. Установка арочных элементов из фибропластика (Рис. 20, 21, 22). Производится с помощью крана, выравнивание арок по высоте производится с помощью рейки с уровнем.
Рис. 22.
4. Заливка бетонного фундамента (рис. 23).
5. Укладка гофрированного настила из фиброармированного пластика
(рис.25).
Рис. 25.
6. Заполнение фибропластиковых арок бетоном (рис. 26). Для заливки арок следует использовать самоуплотняющийся бетон, при этом вибрационное уплотнение не допускается. Использование специальных ящиков или воронок позволяет не допустить перелива раствора.
Рис. 26.
7. Устройство бетонного защитного слоя по гофрированному настилу для
увеличения несущей способности конструкции (рис. 27) (при необходимости по гофрированному настилу устраивается гидроизоляция). Бетонный слой наносится на арматурную сетку.
Рис. 27. Нанесение защитного слоя бетона торкретированием или вручную 8. Установка элементов оголовков (рис.28,29).
Рис. 29.
9.
Рис. 30.
Рис. 31.
10. Устройство дорожной одежды и установка барьерных ограждений на мосту (рис.32, 33).
Рис. 32.
5. Примеры построенных сооружений с заполненными бетоном фибропластиковыми арочными несущими конструкциями
Рис. 35.
Рис. 37.
6. Использование заполненных бетоном фибропластиковых арочных труб при строительстве многопролетных и косых арочных мостов
г : \ __ .. "J >-Л"| (W iKifs
---- .- L^—^-J , . 1 W
Ц_!£=£_
Рис. 38. Пример двухпролетного арочного моста с несущими элементами из заполненных
бетоном фибропластиковых труб
Рис. 39. Применение заполненных бетоном фибропластиковых труб в качестве несущих
конструкций косого арочного моста
Выводы:
1. Проведенные отечественные испытания фибропластиковой арки, заполненной бетоном показали, что действительно, несмотря на кажущуюся симметрию формы конструкции, материала, способа опирания и прикладываемой нагрузки имеет место несимметричное деформирование заполненной бетоном фибропластиковой трубчатой арки в процессе ее нагружения. Сказанное хорошо иллюстрируется графиками на рисунках 16 и 17, где явно видно неодинаковое поведение арки в четвертях.
2. Этот эффект не был обнаружен и описан авторами статьи [30], которые проводили аналогичный описанному здесь эксперимент, результаты которого изложены в первой части данной статьи [1]. Мы полагаем, что здесь возможны две причины: 1) либо авторы исследования [30] не задумывались о возможности такого деформирования конструкции и не измеряли полную картину деформаций всей арочной конструкции, ограничиваясь измерением прогиба в замке арки и общей картины перемещений только на одной половине арки; 2) либо же арочная конструкция при имеющихся её размерах (диаметре трубы, радиусе кривизны арки и длине ее пролета) оказалась достаточно жесткой и эффект несимметрии не проявился.
3. Приведенный выше десятишаговый алгоритм строительства моста с использованием заполненных бетоном фибропластиковых трубчатых арок в деталях показывает особенности реализации каждого шага. В результате получается довольно эстетичное мостовое сооружение, что иллюстрируется примерами различных арочных мостовых сооружений. Также показано, что описанная технология может быть перенесена на сооружение двух и многопролетных мостов с несущими элементами из заполненных бетоном фибропластиковых трубчатых арок, а также на сооружение косых арочных мостов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Чесноков Г.В., Шадрина О.В. Применение заполненных бетоном трубчатых конструкций из фиброармированных пластиков в транспортном строительстве: часть 1. исследование применимости фибропластиков для создания арочной мостовой конструкции// Интернет-журнал "Науковедение" № 4, 2014. июль-август. с. 1- 23. Идентификационный номер статьи в журнале
2. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Татиев Д.А., Покулаев К.В. Усиление металлических конструкций фиброармированными пластиками: часть
1. состояние проблемы // Интернет-журнал "Науковедение" № 3, 2014. Май-июнь. с. 1- 27. Идентификационный номер статьи в журнале 19TVN314.
3. Овчинников И.Г., Валиев Ш.Н., Овчинников И.И., Зиновьев В.С., Умиров А.Д. Вопросы усиления железобетонных конструкций композитами: 1. Экспериментальные исследования особенностей усиления композитами изгибаемых железобетонных конструкций// Интернет-журнал «Науковедение» 2012, № 4, http://naukovedenie.ru /PDF/13tvn412.pdf. -М. с. 1- 22.
4. Овчинников И.Г., Валиев Ш.Н., Овчинников И.И., Зиновьев В.С., Умиров А.Д. Вопросы усиления железобетонных конструкций композитами: 2. Натурные исследования усиления железобетонных конструкций композитами, возникающие проблемы и пути их решения// Интернет-журнал «Науковедение» 2012, № 4, http://naukovedenie.ru /PDF/14tvn412.pdf. -М. с. 1- 37.
5. Овчинников И.Г., Валиев Ш.Н., Овчинников И.И., Зиновьев В.С., Умиров А.Д. Анализ проблем усиления железобетонных конструкций композитными материалами//Развитие транспорта в регионах России: проблемы и перспективы. Материалы II Всероссийской конференции с международным участием. Киров. 2012. с. 49-52.
6. Зиновьев В.С., Овчинников И.Г. Возможность применения композитных материалов при изготовлении и монтаже пешеходных мостов//Новые идеи нового века - 2013: материалы Тринадцатой Международной научной конференции = The new Ideas of New Century-2013: The Thirteen International Scientific Conference Proceedings: в 3 т./ Тихоокеан. Гос. Ун-т. - Хабаровск. Изд-во Тихоокеан.гос.ун-та. 2013. - 3 т. C. 278-284.
7. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Татиев Д.А., Покулаев К.В. Усиление металлических конструкций фиброармированными пластиками: часть
2. Применение метода предельных состояний к расчету растягиваемых и изгибаемых конструкций // Интернет-журнал "Науковедение" № 3, 2014. Май-июнь. с. 1- 23. Идентификационный номер статьи в журнале 20TVN314.
8. Чернявский, В.Л. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами [Текст]/ Чернявский В.Л., Аксельрод Е.З.//Жилищное строительство. 2003. - №3. - С.15-16.
9. Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. М.: Стройиздат. 2004. 139 с.
10. Римшин В.И., Бикбов Р.Х., Кустикова Ю.О. Некоторые элементы усиления строительных конструкций композиционными материалами // Вестник БГТУ имени В.Г. Шухова, №10. 2005. - С. 381-383.
11. Чернявский В.Л., Хаютин Ю.Г., Аксельрод Е.З., Клевцов Н.В., Фаткуллин Н.В. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. М. 2006. 60 с.
12. Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. - М., ОАО «Издательство «Стройиздат»,2007. 181 с.
13. Бокарев С.А., Иванов А.А., Смердов Д.Н., Яшнов А.Н., Жильцов П.Д., Максименков П.Е. Инновационные методы усиления конструкций мостов. СибГУПС и ООО Главгросстрой. Новосибирск. 2008. 38 с.
14. Дьячкова А.А., Кузнецов В.Д. Расчет усиления железобетонных плит углеродными композиционными материалами//Инженерно-строительный журнал, №3, 2009. С.25-28.
15. Смердов Д.Н., Неровных А.А. Методика проведения экспериментальных исследований изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. Вып. 21. С.146-155.
16. Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных элементов, усиленных КМ // Известия Вузов. Стр-во. 2010, №2, с.112-124.
17. Бокарев, С. А. Методика расчета по прочности сечений эксплуатируемых железобетонных пролетных строений, усиленных композитными материалами / С. А. Бокарев, Д. Н. Смердов, А. А. Неровных // Известия вузов. Строительство. - 2010. - № 2. - С. 63 - 74.
18. Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Нелинейный анализ железобетонных изгибаемых конструкций, усиленных композитными материалами// Вестник ТГАСУ № 2,
2010. С.113-125
19. Гапонов В.В. Экспериментальные исследования усиления плит перекрытия коллекторных тоннелей сетками из углеродных волокон в матрице на минеральной основе// Журнал Промышленное и гражданское строительство.
2011. - №11. - С. 69-71.
20. Гапонов В.В. Усиление изгибаемых железобетонных конструкций подземных сооружений композиционными материалами// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - №12. - С.238-246.
21. Клюев А.В. Усиление изгибаемых конструкций композитами на основе углеволокна //Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2011. №3. С 38-41.
22. Клюев А.В. Усиление и восстановление конструкций с использованием композитов на основе углеволокна //Бетон и железобетон. 2012. №3. С. 23-26.
23. Бокарев, С. А. Коэффициенты надежности для композиционных материалов, применяемых для усиления железобетонных элементов мостовых конструкций / С. А. Бокарев, Г. М. Власов, А. А. Неровных, Д. Н. Смердов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - 2012. -№ 2. - С. 222 - 229.
24. Бокарев, С. А. Экспериментальные исследования при пониженных и повышенных температурах железобетонных образцов, усиленных полимерными композиционными материалами / С. А. Бокарев, А. Н. Костенко, Д. Н. Смердов, А. А. Неровных // Интернет-журнал «Науковедение». - 2013. - № 3 (16). - С. 19.
25. Демьянушко И.В., Стаин В.М., Стаин А.В., Узаков А.И. Определение несущей способности железобетонных балок, укрепленных с помощью внешнего армирования углепластиковым ламинатом// Транспортное строительство. 2014, №7. с. 24-27.
26. Шадрина О.В, Денисова А.П. Новая конструкция трубобетонной колонны, выполненной на основе композиционных материалов/ О.В. Шадрина, А.П. Денисова // Промышленное и гражданское строительство. - 2013. -№3. - С. 6062.
27. Шадрина О.В. Технология изготовления инновационных конструкций колонн с применением композитных материалов// Монтажные и специальные работы в строительстве. №2(850), 2013г.
28. Bridge-in-a-Backpack Fact Sheet.University of Maine Advanced Structures and Composites Center. [Online Web Site]. (2011, May 4). Available: http://www2.umaine.edu/aewc/images/stories/bridge_in_a_backpack_flyer_web.pdf
29. Dagher H. Bridge-in-a-Backpack. AEWC. (2011). [Online Web Site]. Available: http://www2.umaine.edu/aewc/content/view/185/71/
30. Daniel J. Bannon, Habib J. Dagher, Roberto A. Lopez-Anido. Behavior of Inflatable Rigidified Composite Arch Bridges// COMPOSITES & POLYCON 2009.American Composites Manufacturers Association. January 15-17, 2009.Tampa, FL USA. p. 1-6.
31. Fam, A.Z., "Concrete-Filled Fibre-Reinforced Polymer Tubes for Axial and Flexural Structural Members" Doctoral Dissertation, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada, 2000. 294 p.
32. Burgueno, R., "System Characterization and Design of Modular Fiber Reinforced Polymer (FRP) Short- and Medium-Span Bridges" Doctoral Dissertation, University of California, San Diego, 1999. 587 p.
33. Заключение по результатам опытного испытания бетонной арки в углеродно-волоконной оболочке. ООО Дортехпроект. Саратов. 2011. 12 с.
Рецензент: Кочетков Андрей Викторович, Председатель Поволжского отделения Российской академии транспорта, академик РАТ, д-р. техн. наук, профессор.
Igor Ovchinnikov
Perm national research polytechnic university
Russia, Perm
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov
Moscow state automobile&road technical university (Sochi branch)
Russia, Sochi E-Mail: [email protected]
Ilya Ovchinnikov
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Russia, Saratov
Moscow state automobile&Road technical university (Sochi branch)
Russia, Sochi E-Mail: [email protected]
Georgiy Chesnokov
«Research institute Grafit» Russia, Moscow E-Mail: [email protected]
Sergey Feoktistov
LLC «Dortehproekt» Russia, Saratov E-Mail: [email protected]
Application of concrete filled tubular structures of fiber reinforced
plastic in transport construction: Part 1. Domestic research concrete filled fiber reinforced plastic arches and technology construction of bridges using fiber reinforced plastic
arches
Abstract. The technique of preparing and conducting field tests of tubular fiber reinforced polymer arches filled with concrete. Investigated arch radius of 3.5 m from the carbon-fiber shell, which is used in the manufacture of Russian carbon fillers produced by «Argon» Balakovo and resin binder developed by VIAM. Arch ends embedded in metal boxes filled with concrete.
In the process of testing equipment was used: the reference dynamometer, hydraulic cylinder universal (jack), a pumping station, deflectometer, strain gauge. The test load was placed on top of the arch. Deflectometers used to measure the deflections were installed in the quarters and middle of arch, strain gauge used to measure local deformations, established at each end of the arch. The load was applied in steps, after each load application on the device recorded readings. The maximum load at which failure occurred arch is 121.5 kN. The maximum deflection of the arches in the crown e was 32,13mm. Linear dependence of the load - deflection at the crown arch observed up to a load of 100 kN.
The tests carried out fiber reinforced polymer arch filled with concrete, have shown that, despite the apparent symmetry of arch form, material, way of supporting and applied load occurs
asymmetric deformation of concrete filled tubular fiber reinforced polymer arch in the process of loading.
In the second part of the article describes the technology of construction of the arch bridge using concrete filled tubular fiber reinforced polymer arch, comprising the steps of: 1) manufacture of tubular fiber reinforced polymer arches; 2) excavate for footings and form footings;3) arch installation; 4) pour concrete footings; 5) install corrugated composite decking; 6) fill arches with concrete; 7) pour deck concrete ;8) erect composite headwalls; 9) backfill bridge, install geogrid; 10) production of pavement and guardrails.
It is shown that the described technology can be extended to the construction of two and multi-span bridges with concrete-filled tubular fiber reinforced polymer arches, as well as the construction of the skew arch bridges.
Keywords: fiber reinforced polymer (FRP); arch bridge construction; tubular FRP arch members; analysis of the inflatable rigidified composite arch system; tubular composite arches; arch testing; composite utilize; model of the composite arch identification.
Identification number of article 103TVN414
REFERENCES
1. Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Chesnokov G.V., Shadrina O.V. Primenenie zapolnennyh betonom trubchatyh konstrukcij iz fibroarmirovannyh plastikov v transportnom stroitel'stve: chast' 1. issledovanie primenimosti fibroplastikov dlja sozdanija arochnoj mostovoj konstrukcii// Internet-zhurnal "Naukovedenie" № 4, 2014. ijul'-avgust. s. 1- 23. Identifikacionnyj nomer stat'i v zhurnale
2. Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Tatiev D.A., Pokulaev K.V. Usilenie metallicheskih konstrukcij fibroarmirovannymi plastikami: chast' 1. sostojanie problemy // Internet-zhurnal "Naukovedenie" № 3, 2014. Maj-ijun'. s. 127. Identifikacionnyj nomer stat'i v zhurnale 19TVN314.
3. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Voprosy usilenija zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitami: 1. Jeksperimental'nye issledovanija osobennostej usilenija kompozitami izgibaemyh zhelezobetonnyh konstrukcij// Internet-zhurnal «Naukovedenie» 2012, № 4, http://naukovedenie.ru /PDF/13tvn412.pdf. -M. s. 1- 22.
4. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Voprosy usilenija zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitami: 2. Naturnye issledovanija usilenija zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitami, voznikajushhie problemy i puti ih reshenija// Internet-zhurnal «Naukovedenie» 2012, № 4, http://naukovedenie.ru /PDF/14tvn412.pdf. -M. s. 1- 37.
5. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Analiz problem usilenija zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami//Razvitie transporta v regionah Rossii: problemy i perspektivy. Materialy II Vserossijskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. Kirov. 2012. s. 49-52.
6. Zinov'ev V.S., Ovchinnikov I.G. Vozmozhnost' primenenija kompozitnyh materialov pri izgotovlenii i montazhe peshehodnyh mostov//Novye idei novogo veka - 2013: materialy Trinadcatoj Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii = The new Ideas of New Century-2013: The Thirteen International Scientific Conference Proceedings: v 3 t./ Tihookean. Gos. Un-t. - Habarovsk. Izd-vo Tihookean.gos.un-ta. 2013. - 3 t. C. 278284.
7. Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Tatiev D.A., Pokulaev K.V. Usilenie metallicheskih konstrukcij fibroarmirovannymi plastikami: chast' 2. Primenenie metoda predel'nyh sostojanij k raschetu rastjagivaemyh i izgibaemyh konstrukcij // Internet-zhurnal "Naukovedenie" № 3, 2014. Maj-ijun'. s. 1- 23. Identifikacionnyj nomer stat'i v zhurnale 20TVN314.
8. Chernjavskij, V.L. Usilenie zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami [Tekst]/ Chernjavskij V.L., Aksel'rod E.Z.//Zhilishhnoe stroitel'stvo. 2003. - №3. -S.15-16.
9. Shilin A.A., Pshenichnyj V.A., Kartuzov D.V. Usilenie zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami. M.: Strojizdat. 2004. 139 s.
10. Rimshin V.I., Bikbov R.H., Kustikova Ju.O. Nekotorye jelementy usilenija stroitel'nyh konstrukcij kompozicionnymi materialami // Vestnik BGTU imeni V.G. Shuhova, №10. 2005. - S. 381-383.
11. Chernjavskij V.L., Hajutin Ju.G., Aksel'rod E.Z., Klevcov N.V., Fatkullin N.V. Rukovodstvo po usileniju zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami. M. 2006. 60 s.
12. Shilin A.A., Pshenichnyj V.A., Kartuzov D.V. Vneshnee armirovanie zhelezobetonnyh konstrukcij kompozicionnymi materialami. - M., OAO «Izdatel'stvo «Strojizdat»,2007. 181 s.
13. Bokarev S.A., Ivanov A.A., Smerdov D.N., Jashnov A.N., Zhil'cov P.D., Maksimenkov P.E. Innovacionnye metody usilenija konstrukcij mostov. SibGUPS i OOO Glavgrosstroj. Novosibirsk. 2008. 38 s.
14. D'jachkova A.A., Kuznecov V.D. Raschet usilenija zhelezobetonnyh plit uglerodnymi kompozicionnymi materialami//Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal, №3, 2009. S.25-28.
15. Smerdov D.N., Nerovnyh A.A. Metodika provedenija jeksperimental'nyh issledovanij izgibaemyh zhelezobetonnyh jelementov, usilennyh kompozitnymi materialami // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta putej soobshhenija. Novosibirsk: Izd-vo SGUPSa, 2009. Vyp. 21. S. 146-155.
16. Bokarev S.A., Smerdov D.N. Jeksperimental'nye issledovanija izgibaemyh zhelezobetonnyh jelementov, usilennyh KM // Izvestija Vuzov. Str-vo. 2010, №2, s.112-124.
17. Bokarev, S. A. Metodika rascheta po prochnosti sechenij jekspluatiruemyh zhelezobetonnyh proletnyh stroenij, usilennyh kompozitnymi materialami / S. A. Bokarev, D. N. Smerdov, A. A. Nerovnyh // Izvestija vuzov. Stroitel'stvo. - 2010. -№ 2. - S. 63 - 74.
18. Bokarev S.A., Smerdov D.N. Nelinejnyj analiz zhelezobetonnyh izgibaemyh konstrukcij, usilennyh kompozitnymi materialami// Vestnik TGASU № 2, 2010. S.113-125
19. Gaponov V.V. Jeksperimental'nye issledovanija usilenija plit perekrytija kollektornyh tonnelej setkami iz uglerodnyh volokon v matrice na mineral'noj osnove// Zhurnal Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2011. - №11. - S. 69-71.
20. Gaponov V.V. Usilenie izgibaemyh zhelezobetonnyh konstrukcij podzemnyh sooruzhenij kompozicionnymi materialami// Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. - 2011. - №12. - S.238-246.
21. Kljuev A.V. Usilenie izgibaemyh konstrukcij kompozitami na osnove uglevolokna //Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2011. №3. S 38-41.
22. Kljuev A.V. Usilenie i vosstanovlenie konstrukcij s ispol'zovaniem kompozitov na osnove uglevolokna //Beton i zhelezobeton. 2012. №3. S. 23-26.
23. Bokarev, S. A. Kojefficienty nadezhnosti dlja kompozicionnyh materialov, primenjaemyh dlja usilenija zhelezobetonnyh jelementov mostovyh konstrukcij / S. A. Bokarev, G. M. Vlasov, A. A. Nerovnyh, D. N. Smerdov // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. - 2012. -№ 2. - S. 222 -229.
24. Bokarev, S. A. Jeksperimental'nye issledovanija pri ponizhennyh i povyshennyh temperaturah zhelezobetonnyh obrazcov, usilennyh polimernymi kompozicionnymi materialami / S. A. Bokarev, A. N. Kostenko, D. N. Smerdov, A. A. Nerovnyh // Internet-zhurnal «Naukovedenie». - 2013. - № 3 (16). - S. 1-9.
25. Dem'janushko I.V., Stain V.M., Stain A.V., Uzakov A.I. Opredelenie nesushhej sposobnosti zhelezobetonnyh balok, ukreplennyh s pomoshh'ju vneshnego armirovanija ugleplastikovym laminatom// Transportnoe stroitel'stvo. 2014, №7. s. 24-27.
26. Shadrina O.V, Denisova A.P. Novaja konstrukcija trubobetonnoj kolonny, vypolnennoj na osnove kompozicionnyh materialov/ O.V. Shadrina, A.P. Denisova // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. - 2013. -№3. - S. 60-62.
27. Shadrina O.V. Tehnologija izgotovlenija innovacionnyh konstrukcij kolonn s primeneniem kompozitnyh materialov// Montazhnye i special'nye raboty v stroitel'stve. №2(850), 2013g.
28. Bridge-in-a-Backpack Fact Sheet.University of Maine Advanced Structures and Composites Center. [Online Web Site]. (2011, May 4). Available: http://www2.umaine.edu/aewc/images/stories/bridge_in_a_backpack_flyer_web.pdf
29. Dagher H. Bridge-in-a-Backpack. AEWC. (2011). [Online Web Site]. Available: http://www2.umaine.edu/aewc/content/view/185/71/
30. Daniel J. Bannon, Habib J. Dagher, Roberto A. Lopez-Anido. Behavior of Inflatable Rigidified Composite Arch Bridges// COMPOSITES & POLYCON 2009.American Composites Manufacturers Association. January 15-17, 2009.Tampa, FL USA. p. 1-6.
31. Fam, A.Z., "Concrete-Filled Fibre-Reinforced Polymer Tubes for Axial and Flexural Structural Members" Doctoral Dissertation, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada, 2000. 294 p.
32. Burgueno, R., "System Characterization and Design of Modular Fiber Reinforced Polymer (FRP) Short- and Medium-Span Bridges" Doctoral Dissertation, University of California, San Diego, 1999. 587 p.
33. Zakljuchenie po rezul'tatam opytnogo ispytanija betonnoj arki v uglerodno-volokonnoj obolochke. OOO Dortehproekt. Saratov. 2011. 12 s.
