Испытание бетонных и железобетонных конструкций

В настоящее время наряду с применением в качестве несущих элементов конструкции традиционных строительных материалов (сталь, железобетон, кирпич, дерево) находят свое применение так называемые композиционные материалы на основе углеродных, стеклянных и армидных волокон (фиброармированные пластики, далее ФАП).

Область применения этих материалов распространяется на железобетонные конструкции, не имеющие повреждений, но требующие усиления в связи с увеличивающимися в результате реконструкции (в т.ч. перепрофилирования) сооружений расчетными эксплуатационными нагрузками или из-за изменения схем работы конструктивных элементов зданий и сооружений; на железобетонные конструкции, поврежденные в ходе эксплуатации («отстрел» защитного слоя, коррозия арматуры и бетона, наличие трещин, непроектных прогибов и т.д.), с целью восстановления их эксплуатационных свойств и повышения долговечности. Внешние ФАП используются для продольного и поперечного армирования стержневых элементов, для создания армирующих усиляющих оболочек на колоннах и опорах мостов, эстакад, консолях колонн, для усиления плит, оболочек, элементов ферм и других конструкций.

Усиление конструкций производится композиционными материалами как заводского изготовления (ламинаты), так и создаваемыми непосредственно на строительном объекте из тканей (лент, холстов) за счет пропитки и наклейки их специальными полимерными составами (в основном на эпоксидной основе).

Рациональной степенью усиления с помощью системы ФАП является диапазон 10-60% от начальной несущей способности усиливаемой конструкции. Система усиления ФАП может применяться, если фактическая прочность на сжатие бетона конструкции составляет не менее 15 МПа. Это ограничение не распространяется на усиление сжатых и внецентренно сжатых элементов горизонтальными обоймами, когда важна только механическая связь обоймы с конструкцией.

За основной метод расчета принят метод предельных состояний. Расчет конструкций, усиленных ФАП, по первой группе предельных состояний производится во всех случаях. Расчет по второй группе предельных состояний производится только в тех случаях, когда расчетная нагрузка после усиления увеличивается.

С целью экспериментальной проверки прочностных характеристик железобетонных конструкций, поврежденных в процессе эксплуатации и усиленных композиционными материалами, на базе испытательного центре «УралНИИАС» по заказу ООО «ИНТЕРТЭК» (Екатеринбург) был проведен ряд испытаний строительных конструкций (железобетонные перемычки и плиты перекрытия до и после усиления композиционными материалами).

Испытания ж/б конструкций проводились по следующей схеме:
1. Испытание ж/б элемента без усиления до разрушения по предельным состояниям.
2. Усиление разрушенных конструкций системой композиционных материалов.
3. Испытание усиленных ж/б конструкций до разрушения по предельным состояниям.

При испытании брусковой перемычки № ПБ 13-37п, изготовленной по рабочим чертежам серии 1.038.1-1 «перемычки брусковые для жилых зданий с кирпичными стенами». Затем произошло разрушение при нагрузке, составляющей 135% от контрольной.

После испытания вышеуказанной перемычки было произведено усиление специалистами ООО «ИНТЕРТЭК». Разрушенная перемычка была усилена отрезками ткани из сонаправленных углеродных волокон со средним уровнем прочности:
 номинальная прочность волокна при растяжении — 38 000 кгс/см²;
 модуль упругости волокна при растяжении — 2 310 000 кгс/см².

Отрезы ткани приклеены в один слой по центрам нижних граней перемычек двухкомпонентным эпоксидным клеем:
 номинальная прочность клея при растяжении после отверждения — 300 кгс/см²;
 модуль упругости клея при ра¬стяжении после отвердения — 38 000 кгс/см².

Свойства ткани, пропитанной клеем:
 допустимая нагрузка на один слой — 7 000 кгс/см ширины ткани;
 модуль упругости при растяжении — 630 000 кгс/см².

К нижней грани брусковой перемычки приклеен отрез размерами 1000x100 мм. Волокна ткани ориентированы вдоль перемычек и в опорные зоны не заводились.

Спустя 5 суток произведено испытание усиленных конструкций. Разрушение произошло по наклонному сечению при нагрузке, составляющей 124 % от контрольной. Характер разрушения усиленной перемычки.

В следующей серии испытаний производилась экспериментальная проверка прочностных характеристик железобетонных плит перекрытия, усиленных системой композиционных материалов. На стенд была помещена плита перекрытия железобетонная многопустотная предварительно напряженная стендового безопалубочного формования ПБ 72-12-8, изготовленная по рабочим чертежам серии ИЖ 568-03 «Плиты перекрытий железобетонные предварительно напряженные стендового безопалубочного формования высотой 220 мм, шириной 1200 мм, армированные высокопрочной проволокой класса ВрII2, Москва 2004, per. №2223».

Разрушение произошло от достижения в рабочей арматуре нормального напряжения, соответствующего пределу текучести стали в растянутой зоне при нагрузке, составляющей 119 % от контрольной.

После испытания вышеуказанной плиты произведено усиление конструкции. Разрушенная плита усилена отрезами ткани, аналогичными тем, что применялись для усиления перемычек. Отрезы ткани приклеивались в один слой по центру нижней грани плиты, двумя полосами шириной 30 см, по всей длине плиты. Волокна ткани ориентированы вдоль плиты перекрытия. Полосы анкерились в краевой части плиты и центральном пролете наклейкой поверх них полос того же полотна шириной 30 см.

Спустя 27 суток произведено испытание усиленной конструкции. Усиленная конструкция разрушилась при достижении напряжений в арматуре, соответствующих пределу текучести стали, однако нагрузка составила уже 163 % от контрольной нагрузки, что говорит о восстановлении несущей способности конструкции. Результаты испытания железобетонной плиты, усиленной композиционными материалами, представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый метод усиления железобетонных перемычек и плит позволяет обеспечить повышение несущей способности конструкций, которые были повреждены или характеристики которых недостаточны для восприятия проектных нагрузок (реконструкция, капитальный ремонт и прочее). И в практики применения данного метода можно говорить о том, что зачастую оказывается целесообразно, с экономической точки зрения, заменять традиционное усиление рассмотренной системой. В некоторых случаях применение других методов оказывается значительно более трудоемким и затратным или невозможным с технических, технологических и экономических позиций.

Источник: журнал "Стройкомплекс Среднего Урала"
Ю.В. Гурьянов, инженер

Перейти в раздел: "Бетон, ЖБИ, кирпич. Стеновые материалы"