Способ усиления изгибаемой железобетонной конструкции

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ИЗГИБАЕМОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОНСТРУКЦИИ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Бадалова Екатерина Николаевна Лазовский Дмитрий Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(56) ШИЛИН А.А. и др. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. - М. Стройиздат, 2007. - С. 82-83.850850, 1981.1821545 1, 1993.5746 1, 2003.2165 1, 1998.2023839 1, 1994.(57) Способ усиления изгибаемой железобетонной конструкции, при котором подготавливают в растягиваемой зоне железобетонной конструкции рабочую поверхность, приклеивают к ней дополнительную продольную арматуру в виде одной или нескольких пластин из углеродных волокон, производят анкеровку дополнительной продольной арматуры путем приклеивания фиксирующего элемента, отличающийся тем, что используют двухслойный фиксирующий элемент, каждый слой которого выполнен в виде холста из композиционных материалов, анкеровку дополнительной продольной арматуры осуществляют последовательным приклеиванием каждого слоя фиксирующего элемента с расположением продольных волокон холста под острым углом к продольной оси дополнительной продольной арматуры, при этом одни концы слоев фиксирующего элемента накладывают друг на друга, другие концы направляют в сторону торцевой части железобетонной конструкции, причем ширина каждого слоя фиксирующего элемента больше ширины дополнительной продольной арматуры. 17367 1 2013.08.30 Изобретение относится к области строительства, в частности к ремонту и реконструкции зданий и сооружений, и найдет применение для усиления изгибаемых железобетонных конструкций. Известен способ усиления изгибаемой железобетонной конструкции в растягиваемой зоне увеличением площади поперечного сечения рабочей арматуры путем присоединения дополнительной стальной арматуры к наружной поверхности конструкции 1. Присоединение дополнительной стальной арматуры осуществляется приклеиванием и, в частности,установкой дополнительных анкерных элементов. Недостатком известного способа является низкая коррозионная стойкость дополнительной стальной арматуры, более высокая трудоемкость выполнения работ по усилению. Известен способ усиления изгибаемой железобетонной конструкции в растягиваемой зоне увеличением площади поперечного сечения рабочей арматуры, выбранный в качестве прототипа, содержащий приклеивание к подготовленной рабочей поверхности конструкции дополнительной продольной арматуры в виде пластин из углеродных волокон,анкеровку дополнительной продольной арматуры путем приклеивания фиксирующего элемента в виде холста из композиционных материалов. При этом холст наклеивают в один слой, продольные волокна холста располагают под углом 90 к продольной оси дополнительной арматуры, а концы холста заводят на боковые грани конструкции 2. Недостатком известного способа является неполное использование прочностных свойств фиксирующего элемента из-за расположения продольных рабочих волокон холста под углом 90 к продольной оси дополнительной арматуры, работающих в данном случае на срез. Это приводит к снижению прочности усиленной конструкции. Кроме того, использование приведенного способа усиления ограничивается конструкциями, имеющими свободные боковые грани. Для изгибаемых конструкций, не имеющих свободные боковые грани, применить данный способ усиления в полной мере (с заведением концов холста на боковые грани) не представляется возможным. Задачей изобретения является повышение прочности усиленной изгибаемой конструкции путем увеличения прочности анкеровки дополнительной продольной арматуры и расширение области использования разработанного способа усиления. Поставленная задача достигается тем, что способ усиления изгибаемой железобетонной конструкции включает подготовку в растягиваемой зоне конструкции рабочей поверхности, приклеивание к ней дополнительной продольной арматуры в виде одной или нескольких пластин из углеродных волокон, анкеровку дополнительной продольной арматуры путем приклеивания фиксирующего элемента. В отличие от известного используют двухслойный фиксирующий элемент, каждый слой которого выполнен в виде холста из композиционных материалов, анкеровку дополнительной продольной арматуры осуществляют последовательным приклеиванием каждого слоя фиксирующего элемента с расположением продольных волокон холста под острым углом к продольной оси дополнительной продольной арматуры. При этом одни концы слоев фиксирующего элемента накладывают друг на друга, другие концы направляют в сторону торцевой части железобетонной конструкции, причем ширина каждого слоя фиксирующего элемента больше ширины дополнительной продольной арматуры. Отличительными признаками заявляемого способа являются иное выполнение отдельных операций, например анкеровки режимы осуществления операций, а именно иное расположение продольных волокон холста использование иного исполнения необходимого материала, а именно фиксирующего элемента. Благодаря отличительным признакам повышается прочность анкеровки дополнительной продольной арматуры, так как продольные рабочие волокна холста располагаются вдоль или под острым углом к линии действия касательных напряжений, возникающих на 2 17367 1 2013.08.30 контактной поверхности, что позволяет максимально использовать прочностные свойства холста. Так как наиболее частым видом разрушения изгибаемой конструкции, усиленной приклеиванием в растягиваемой зоне дополнительной арматуры из углеродных волокон,является отслоение дополнительной арматуры от поверхности конструкции, повышение прочности анкеровки дополнительной арматуры, достигаемое предлагаемым способом,ведет к повышению прочности усиленной конструкции в целом. Кроме того, разработанный способ усиления может быть использован не только для усиления балочных конструкций, а также для плит покрытий и перекрытий. Влияние расположения волокон холста по отношению к продольной оси дополнительной продольной арматуры на прочность ее анкеровки исследовалось экспериментально. Опытными образцами являлись железобетонные блоки с размерами поперечного сечения 140250 мм длиной 500 мм. Блоки усиливали с одной стороны приклеиванием на подготовленную поверхность бетона дополнительной арматуры из углеродных волокон на длине 200 мм. В качестве дополнительной арматуры использовали пластины из углеродных волокон 512 (шириной 50 мм, толщиной 1,2 мм). Поверх пластин из углеродных волокон приклеивали фиксирующий элемент, в качестве которого использован холст из углеродных волокон 230. Волокна холста располагали под различным углом (0-90) к волокнам дополнительной продольной арматуры. Испытание опытных образцов производили путем сдвига железобетонного блока относительно дополнительной продольной арматуры из углеродных волокон, неподвижно закрепленной на испытательном стенде. Результаты испытаний отражены на графике зависимости разрушающего сдвигающего усилия от угла расположения волокон фиксирующего элемента по отношению к продольным волокнам дополнительной продольной арматуры. Из графика видно, что наибольшее значение сдвигающего усилия достигается при расположении волокон фиксирующего элемента к волокнам дополнительной продольной арматуры под острым углом. При расположении волокон фиксирующего элемента под углом 90 прочность анкеровки дополнительной продольной арматуры снижается в 1,041,15 раза. Предлагаемый способ усиления изгибаемых железобетонных конструкций реализован следующим образом. Железобетонную многопустотную плиту перекрытия П-1 длиной 5980 мм, шириной 720 мм, высотой 220 мм усиливали приклеиванием в растянутой зоне дополнительной арматуры в виде двух пластин из углеродных волокон 512 (шириной 50 мм,толщиной 1,2 мм). Класс бетона многопустотной плиты 25/30. Плита армирована в растянутой зоне предварительно напряженной арматурой класса 800, 2 стержня диаметром 12 мм. Рабочую поверхность бетона плиты подготавливали путем шлифования до крупного заполнителя с последующей обработкой ацетоном. Поверхность пластинобрабатывали раствором-. Приклеивание пластин на подготовленную рабочую поверхность бетона осуществляли клеем 30. В зоне анкеровки дополнительной продольной арматуры на длине 400 мм приклеивали фиксирующий элемент, в качестве которого использован композиционный материал холст из углеродных волокон 230. Приклеивание холста осуществляли клеем 330. Холст приклеивали в два слоя, каждый шириной 300 мм, с поочередным наложением каждого слоя и заведением его за боковую грань дополнительной продольной арматуры не менее чем на 100 мм при общей ширине больше ширины дополнительной продольной арматуры. Продольные волокна холста располагали под углом 15 к продольной оси дополнительной продольной арматуры, при этом одни концы слоев накладывали друг на друга, другие концы направляли в сторону торцевой части конструкции. 17367 1 2013.08.30 Геометрические характеристики опытной плиты П-1 и механические характеристики материалов приведены в табл. 1. Таблица 1 Дополнительная проФиксирующий Арматура плит дольная арматура Шифр Поперечэлемент в зоне опыт- ное сечеанкеровки допоперечБетон плит ных ние, ,полнительной, , , ное сече- плит мм МПа МПа МПа ние, , МПа МПа продольной арматуры мм 36,6 ХолстП-1 720220 970 1105 2105 501,2 2465 1,91105 МПа 230 Испытание плиты осуществляли по однопролетной балочной схеме в соответствии с ГОСТ 8829-94 3. Нагружение производили с помощью гидродомкрата Д 20. Нагрузку передавали через распределительные металлические балки на верхнюю грань плиты в четвертях ее пролета. Нагружение опытной плиты осуществляли поэтапно ступенями по 5 от нагрузки, соответствующей моменту разрушения плиты. Результаты испытаний железобетонной многопустотной плиты П-1 приведены в табл. 2. Таблица 2 Шифр опытных/1,плит кНм кНм кНм П-1 85,6 2,13 47,9 46,0 Результаты проведенных экспериментальных исследований подтвердили повышение прочности усиленной конструкции вследствие повышения прочности анкеровки дополнительной продольной арматуры. Кроме того, использование разработанного способа усиления возможно для изгибаемой конструкции как имеющей, так и не имеющей свободные боковые грани, что расширяет область его применения. Источники информации 1. Лазовский Д.Н. Усиление железобетонных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений. - Новополоцк Изд-во Полоцкого гос. ун-та, 1998. - С. 14-15. 2. Шилин А.А. и др. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. - М. ОАО Издательство Стройиздат, 2007. - С. 82-83. 3. ГОСТ 8829-94. Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости. Министерство строительства и архитектуры Республики Беларусь. Минск, 1997. - С. 3-13. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4