Нур М.К.
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К УСИЛЕНИЮ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ *
Аннотация:
в работе рассматриваются современные методы локального усиления железобетонных конструкций с потерей несущей способности, с акцентом на применение композитных материалов — углеродных тканей, ламелей и предварительно напряжённых лент. Эксперименты и реализованные проекты подтверждают их высокую эффективность в повышении прочности и трещиностойкости без увеличения массы и размеров конструкции.
Ключевые слова:
железобетонные конструкции, локальное усиление, композитные материалы, внешнее армирование, фиброармированные ленты, предварительно напряженные материалы
Современные требования к надёжности зданий усиливают актуальность локального усиления железобетонных конструкций, утративших часть несущей способности. Даже при формальной работоспособности трещины, коррозия арматуры и отклонения геометрии требуют упреждающих мер.Традиционные методы (металлические и железобетонные обоймы, шпренгельные системы) увеличивают массу конструкции и трудозатраты. В связи с этим всё большее внимание уделяется современным технологиям — композитным материалам, внешнему армированию и предварительному напряжению.Одним из наиболее эффективных является метод внешнего армирования углеволокном (CFRP), при котором армирующие ткани или ламели наклеиваются на растянутые зоны с помощью эпоксидных клеев, существенно повышая несущую способность без утяжеления конструкции.Данная технология усиления широко применяется в Европе и США благодаря их преимуществам: незначительное увеличение массы конструкции (около 200 кг вместо 17 тонн при традиционных методах), высокая прочность (до 4800 Мпа), модуль упругости (до 640 ГПа), сокращение затрат на ремонт до 40–50%, устойчивость к агрессивным средам, минимальные трудозатраты, возможность усиления сложных форм [1, с. 33]. Сравнение использований методов усиления (железобетонные обоймы и рубашки, стальные обоймы, композитные материалы, предварительно напряженные элементы, метод трубобетона) на отечественной и зарубежной практике (Европа, США, Азия).Практическое усиление композитами требует строгого соблюдения технологии: поверхность бетона очищается, шлифуется, грунтуется, устраняются трещины и скругляются углы. Армирующие элементы — ленты или жёсткие ламели — наклеиваются вручную с прокаткой валиком, после чего наносится защитный слой.Сжатые и внецентренно сжатые элементы (колонны, простенки) усиливаются бандажами с поперечным направлением волокон, балки – наклейкой углеволокна (ФАС) на нижнюю грань и приопорные зоны, плиты – наклейкой на нижнюю поверхность накладок ФАС с направлением волокон вдоль оси конструкции (рис. 3) [2].Рис. 1. Принципиальная схема усиления колонны.Рис. 2. Принципиальная схема усиления балки.Рис. 3. Принципиальная схема усиления плит.Экспериментальные исследования, проведённые в 2008 году в Сибирском государственном университете путей сообщения (СГУПС), подтверждают высокую эффективность метода: балки, усиленные углеродными холстами и ламелями, показали прирост несущей способности до 186%, комбинированные схемы (например, U-образные обоймы с наклонными хомутами) до 120%, в колоннах усиление по периметру – до 50% и более [3, с. 28].В работах Д. Г. Неволина, Д. Н. Смердова и М. Н. Смердова представлены результаты полномасштабных испытаний железобетонных балок и колонн, подвергавшихся изгибающим и сжимающим нагрузкам. Балки длиной 12 и 18 м усиливались углеродной лентой FibARM Tape 530/300 и ламелями FibARM Lamel 14/100, что дало прирост несущей способности до 62% и 56% соответственно [3, с. 30].На втором этапе испытали колонны-призмы (2500х250х250 мм), усиленные теми же материалами. Образцы разделили на три серии: без усиления («А»), с углеродным холстом («Б»), с ламелями («В») – с хомутами и без них. Холсты наклеивались по периметру, ламели – по граням колонн. Несущая способность серии «А» составила 1274 кН (19 МПа), усиление холстами увеличило её до 1862 кН (28 МПа, +50%), ламели без хомутов – до 20 МПа (+8%), с хомутами – до 25 МПа (+33%) [4]. Наибольшую эффективность показали холсты и ламели с хомутами, обеспечившие не только повышение прочности, но и пластичное разрушение за счёт перераспределения напряжений.Рис. 4. Конструкция усиления образцов серии «В»а – с устройством по высоте хомутов из углеродных волокон,б – без устройства по высоте хомутов из углеродных волокон. В исследовании Кондратьевой Н.В. были испытаны шесть железобетонных балок с наклонными трещинами для оценки эффективности различных схем усиления композитами. После образования трещин шириной 0,2 мм образцы усиливались углеродными хомутами, ламелями, тканью и эпоксидной инъекцией.Наилучшие результаты показали балки с углеродными хомутами в приопорных зонах (20500 кг) и усиленные тканью с хомутами и инъекцией (20000 кг), что вдвое превышает прочность контрольного образца (9460 кг). Максимальная несущая способность (21500 кг) достигнута у балки без повреждений, усиленной двумя слоями ткани и хомутами.Таким образом, наибольшую эффективность продемонстрировали схемы с углеродными хомутами и тканью, обеспечивающие не только восстановление прочности, но и рост жёсткости и трещиностойкости.В исследовании Кондратьевой Н.В. проведены испытания шести железобетонных балок с наклонными трещинами (длина – 1550 мм, сечение –220х120 мм, бетон класса B25, продольная арматура – 2Ø14 А1000, поперечная – Ø4 Вр500) с целью оценки эффективности различных схем усиления композитными материалами [5, с. 26]. На первом этапе контрольный образец №1 разрушился при нагрузке 9460 кг. Образцы №2–5 были нагружены до образования трещин шириной 0,2 мм, после чего усилены различными способами: углеродными хомутами, продольными ламелями, углеродной тканью и эпоксидной инъекцией.Наибольшую эффективность показал образец №6, не имевший повреждений и усиленный двумя слоями ткани и хомутами –разрушающая нагрузка составила 21500 кг. Образец №2, усиленный углеродными хомутами в приопорных зонах, выдержал 20500 кг. Образец №4 (ткань с охватывающими хомутами и предварительной инъекцией трещин) показал 20000 кг, образец №3 (ламель и хомуты без инъекции) – 13000 кг, а образец №5 (только хомуты с инъекцией) – 10000 кг.Таким образом, наиболее эффективными схемами внешнего армирования признаны усиление приопорных зон хомутами из углеродного волокна и их сочетание с углеродной тканью. Эти методы обеспечивают не только восстановление, но и значительное повышение несущей способности, жёсткости и трещиностойкости железобетонных элементов.Следующим методом усиления плит и балок является применение предварительно напряжённых композитных материалов, таких как фиброармированные ленты (ФАП). В отличие от традиционного наклеивания, метод позволяет устранять трещины и прогибы за счёт создания сжимающего напряжения в растянутой зоне. Технология включает подъём конструкции стойками, наклейку армирующих лент (например, MBRACE CF 165/3000 или FibArm Tape 230х300) и снятие опор после отверждения клея, что снижает деформации, трещинообразование и прогибы [6].Метод активно применяется в Казахстане, особенно в сейсмоопасных районах. В одном из жилых комплексов в Алматы (18х35 м, 4 этажа, 10-бальная сейсмичность) усиление плит системой MBRACE LAM CF (сетка 400х400 мм) снизило трещины с 0,4–0,5 мм до 0,1–0,25 мм, прогибы – до 18–30 мм. Аналогичный эффект отмечен в жилом доме на проспекте Достык и в каркасно-диафрагменном здании (бетон В25–В40), где применялись ленты FibArm шириной 600 мм.В бизнес-центре в Астане трещины до 0,7 мм и прогибы до 85 мм были устранены после усиления лентами MBRACE LAM CF 165/3000.Метод отличается высокой эффективностью, быстрым монтажом (1–2 суток на плиту), возможностью применения без остановки эксплуатации и особенно эффективен при реконструкции и сейсмозащите зданий.Рис. 6. Общий вид усиления плиты перекрытия здания.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 3
Ссылка для цитирования:
Нур М.К. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К УСИЛЕНИЮ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ // Вестник науки №5 (86) том 3. С. 1767 - 1774. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23208 (дата обращения: 09.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+