Устройство для усиления изгибаемых железобетонных конструкций

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Бадалова Екатерина Николаевна Лазовский Дмитрий Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(57) Устройство для усиления изгибаемых железобетонных конструкций, содержащее дополнительную продольную арматуру в виде одной или нескольких пластин из углеродных волокон, приклеенную к рабочей поверхности в растянутой зоне конструкции, фиксирующий элемент в виде холста из композиционных материалов, приклеенный на рабочую поверхность конструкции и дополнительную продольную арматуру в зоне анкеровки, отличающееся тем, что фиксирующий элемент выполнен двухслойным с расположением продольных волокон каждого слоя холста под острым углом к продольной оси дополнительной продольной арматуры, при этом одни концы слоев наложены друг на друга, другие концы направлены в сторону торцевой части конструкции, а каждый слой выполнен шириной больше ширины дополнительной продольной арматуры.(56) 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 / Минстройархитектуры Республики Беларусь. - Минск, 1997. - С. 3-13. 78792011.12.30 Полезная модель относится к области строительства, в частности к ремонту и реконструкции зданий и сооружений, и найдет применение для усиления изгибаемых железобетонных конструкций. Известно устройство для усиления изгибаемых железобетонных конструкций в растянутой зоне, содержащее дополнительную продольную стальную арматуру, приклеенную к рабочей поверхности конструкции, и дополнительные анкерные элементы 1. Недостатками известной конструкции являются низкая коррозионная стойкость дополнительной стальной арматуры, более высокая трудоемкость выполнения работ по усилению. Известно устройство для усиления изгибаемых железобетонных конструкций в растянутой зоне, выбранное в качестве прототипа, содержащее дополнительную продольную арматуру в виде пластин из углеродных волокон, приклеенную к подготовленной рабочей поверхности конструкции, фиксирующий элемент в виде холста из композиционных материалов, приклеенный на рабочую поверхность конструкции и дополнительную продольную арматуру в зоне анкеровки. При этом холст выполнен в один слой, продольные его волокна расположены под углом 90 к продольной оси дополнительной арматуры, а концы холста заведены на боковые грани конструкции 2. Недостатком известного устройства 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 свободных боковых граней, применить данное устройство в полной мере (с заведением концов холста на боковые грани) не представляется возможным. Задачей полезной модели является повышение прочности усиленной изгибаемой конструкции путем увеличения прочности анкеровки дополнительной продольной арматуры и расширение области использования разработанного устройства. Поставленная задача достигается тем, что устройство для усиления изгибаемых железобетонных конструкций содержит дополнительную продольную арматуру в виде одной или нескольких пластин из углеродных волокон, приклеенную к подготовленной рабочей поверхности в растянутой зоне конструкции, фиксирующий элемент в виде холста из композиционных материалов, приклеенный на рабочую поверхность конструкции и дополнительную продольную арматуру в зоне анкеровки. Фиксирующий элемент выполнен двухслойным с расположением продольных волокон каждого слоя холста под острым углом к продольной оси дополнительной продольной арматуры. При этом одни концы слоев наложены друг на друга, другие концы направлены в сторону торцевой части конструкции, а каждый слой выполнен шириной больше ширины дополнительной продольной арматуры. Отличительными признаками заявляемого устройства являются иная форма выполнения элементов конструкции, а именно фиксирующего элемента взаиморасположение элементов конструкции, а именно иное расположение продольных волокон холста, концов холста взаимосвязь параметров элементов конструкций, а именно ширины слоя и ширины дополнительной продольной арматуры. 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 контактной поверхности, что позволяет максимально использовать прочностные свойства холста. Так как наиболее частым видом разрушения изгибаемой конструкции, усиленной приклеиванием в растянутой зоне дополнительной арматуры из углеродных волокон, является отслоение дополнительной арматуры от поверхности конструкции, повышение 2 78792011.12.30 прочности анкеровки дополнительной арматуры, достигаемое предлагаемым устройством,ведет к повышению прочности усиленной конструкции в целом. Кроме того, разработанное устройство может быть использовано не только для усиления балочных конструкций,но и 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. Сущность заявляемого устройства поясняется фигурах, на фиг. 1 представлен общий вид устройства, на фиг. 2 - то же, вид А, на фиг. 3 - узелрасположения фиксирующего элемента в зоне анкеровки, на фиг. 4 показан график зависимости разрушающего сдвигающего усилия от угла расположения волокон фиксирующего элемента по отношению к продольным волокнам дополнительной продольной арматуры. Устройство для усиления изгибаемых железобетонных конструкций содержит дополнительную продольную арматуру 1 в виде нескольких пластин из углеродных волокон,приклеенную к подготовленной рабочей поверхности в растянутой зоне конструкции,фиксирующий элемент 2 в виде холста из углеродных волокон, приклеенный на рабочую поверхность конструкции и дополнительную продольную арматуру 1 в зоне анкеровки. На фигурах приняты следующие обозначения- угол между продольными волокнами холста и продольными волокнами дополнительной продольной арматуры- ширина дополнительной продольной арматуры 1 - ширина одного слоя фиксирующего элемента. Предлагаемая полезная модель изготавливается путем подготовки рабочей поверхности бетона изгибаемой железобетонной конструкции в растянутой зоне шлифованием до крупного заполнителя с последующей обработкой ацетоном. Поверхность дополнительной продольной арматуры 1 в виде пластин из углеродных волокон 512 обрабатывается раствором-. Приклеивание пластин на подготовленную рабочую поверхность бетона осуществляется клеем 30. В зоне анкеровки дополнительной продольной арматуры на длине 400 мм приклеивается фиксирующий элемент 2, в качестве которого использован холст из углеродных волокон 230. Приклеивание холста осуществляется клеем 330. Холст приклеивается в два слоя с поочередным наложением каждого слоя и заведением его за боковую грань дополнительной продольной арматуры не менее чем на 100 мм. Продольные волокна холста располагаются под углом 15 к продольной оси дополнительной продольной арматуры, при этом одни концы слоев накладываются друг на друга, другие концы направляются в сторону торцевой части конструкции. Дополнительная продольная арматура 1 работает совместно с усиленной железобетонной конструкцией на восприятие нагрузки, приложенной после усиления. Контактное соединение между дополнительной продольной арматурой 1 и бетоном усиленной конструкции воспринимает сдвигающее усилие от внешней нагрузки. Предельное сдвигающее усилие, которое может быть воспринято контактным соединением, зависит от механиче 3 78792011.12.30 ских свойств бетона и арматуры из углеродных волокон, расчетной площади контактного соединения, а также от прочности анкеровки. Увеличением прочности анкеровки дополнительной продольной арматуры 1 путем приклеивания в зоне ее анкеровки фиксирующего элемента 2 и максимальным использованием его прочностных свойств путем соответствующего расположения продольных волокон холста достигается повышение прочности контактного соединения, и, таким образом, повышается прочность усиленной конструкции в целом. Из фиг. 4 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. Испытание усиленной железобетонной конструкции осуществляли в соответствии с ГОСТ 8829-94 3. Результаты проведенных экспериментальных исследований подтвердили повышение прочности усиленной конструкции вследствие повышения прочности анкеровки дополнительной продольной арматуры. Кроме того, использование разработанного способа усиления возможно для изгибаемых конструкций, как имеющих, так и не имеющих свободные боковые грани, что расширяет область его применения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4