Упрощенная HTML-версия
Атомное строительство I 24
35
тема
номера
Методика определение основных ха-
рактеристик фибробетона является
при этом важным этапом подготовки
исходных данных для расчета. Средне-
срочной программой стандартизации
Минстроя предусмотрена разработ-
ка Свода правил по проектированию
конструкций, армированных неметал-
лической фиброй, и релевантных стан-
дартов, гармонизированных с между-
народными нормами.
В мировой строительной практике
широкое использование нашли также
различные системы «внешнего арми-
рования» на основе композиционных
материалов (чаще всего – на основе
углеродных волокон), которые приме-
няются для восстановления несущей
способности и усиления строительных
кон¬струкций различных инженерных
сооружений, промышленных и граж-
данских зданий, мостов, труб, бунке-
ров, причальных сооружений, тонне-
лей различного назначения, городских
подземных сооружений, при реставра-
ции памятников архитектуры.
Определенный опыт работ по усиле-
нию и восстановлению конструкций
накоплен и Российской Федерации.
Так, например, холдинговая компания
«Композит» провела усиление компо-
зитными материалами балок, колонн
и плит перекрытия в одном из зданий
ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» в городе За-
речный, который входит в ядерный ору-
жейный комплекс «Росатома»,,перед
установкой в нем более габаритного
и тяжелого оборудования, На Ковров-
ском механическом заводе, который
входит в топливный дивизион корпо-
рации, требовалось реконструировать
рабочий цех — восстановить частично
потерянную несущую способность кон-
струкций перекрытия. При этом оба
ремонта были проведены без останов-
ки производства.
Армирующие элементы для так на-
зываемых «систем внешнего армиро-
вания», применяемые для усиления
железобетонных конструкций, разде-
ляются на два типа:
•
однонаправленные ленты, со-
стоящие из слоя армирующих волокон
в одном направлении. Ленты обладают
высоким модулем упругости при рас-
тяжении и относятся к однонаправлен-
ным анизотропным ПКМ;
•
ткани, сплетенные из по-
следовательно чередующихся слоёв
волокон в двух (возможно, и в трех
или четырех) направлениях. В случае
двунаправленных тканей отдельные
слои могут быть перпендикулярны или
располагаться под некоторым углом
друг к другу (например, +30°/-30°). В
результате волокна получаются слегка
изогнутыми, поэтому при приложении
нагрузки сначала происходит выпрямле-
ние волокон в структуре ткани. Только
после этого ткань начинает работать в
соответствии со свойствами входящих в
её состав волокон.
ПКМ из ортогонально армированных
тканей относятся к ортотропным (орто-
гонально анизотропным) материалам
и характеризуются наличием в каждом
элементарном объеме трех взаимно
перпендикулярных плоскостей симме-
трии свойств.
Наиболее распространенными формами
применяемых для уси¬ления компози-
ционных материалов являются холсты
различного плетения и полосы или пла-
стины (ламели, ламинаты). Холсты пред-
ставляют собой гиб¬кую ткань с одно-
или двунаправленным расположением
волокон. При установке на конструкции
они «утапливаются» в полимерный клей
- матрицу, обеспечивающую их плот-
ное прилегание к усили¬ваемой кон-
струкции. Полосы или пластины - это
из¬готовленные в заводских условиях
изделия из композиционного материа-
ла, непосредственно приклеиваемые на
заранее подготов¬ленную поверхность
усиливаемой конструкции. Объемное
содержание армирую¬щих волокон в
полимерной матрице колеблется от 25
- 35 % - в хол¬стах до 50 - 70 % - в
полосах.
Помимо этого, из композиционных ма-
териалов изготавливают обо¬лочки для
создания обойм при усилении колонн и
цельные каркасы для усиления обде-
лок подземных тоннелей различного
назна¬чения.
Очевидно, что свойства ПКМ будут до-
статочно сильно различаться в каж-
дом конкретном случае. Вычисление
размеров необходимого внешнего ар-
мирования основывается на оценке
теоретической площади волокон и их
теоретических свойствах. На практике
максимальное содержание волокна в
композите при ручном формовании не
превышает 50% и определяется гео-
метрией плетения, вязкостью смолы,
порядком наложения и степенью уплот-
нения отдельных слоев. Свойства же
готового композита будут зависеть от
условий окружающей среды, опыта ра-
бочих и многих других субъективных
факторов. Поэтому производителями
обычно рекомендуется вводить коэффи-
циент учета окружающей среды (от 1,1
до 1,8), на величину которого при рас-
чете предлагается уменьшать модуль
упругости полученного композита .
Независимо от того, какой способ вы-
бран для проведения работ, для обеспе-
чения качества усиления состояние
бетонной поверхности, на которую
наклеивается композит, имеет очень
большое значение. Так, в случае уси-
ления новых конструкций минималь-
ный возраст бетона в зависимости от
конкретных условий должен состав-
лять 21 - 42 дня.
Основной объем исследований экс-
периментальных исследований желе-
зобетонных конструкций, усиленных
внешним армированием из компо-
зитных материалов, выполнен в за-
рубежных странах. Эксперименталь-
но изучалось усиление колонн, опор
мостов, изгибаемых балок и плит. В
документах достаточно подробно ос-
вещены вопросы прочности, жестко-
сти и трещиностойкости изгибаемых
элементов, усиленных приклеивани-
ем внешней композитной арматуры в
растянутой зоне, в том числе под на-
грузкой; прочности, жесткости и тре-
щиностойкости внецентренно сжатых
элементов, усиленных путем устрой-
ства обоймы из композитных матери-
алов; прочности сцепления композита
и бетона, а также длины анкеровки
внешнего армирования; способы рас-
чета нормальных сечений усиленных
конструкций.
В последние годы, помимо хол-
стов и полос, из композиционных
ма¬териалов изготавливают гладкую
и рифленую арматуру, проволоку, ка-
наты, пряди, каркасы, оболочки. Эти
виды композиционных матери¬алов,
в основном, используют при новом
строительстве, заменяя обыч¬ную
стальную арматуру в условиях пред-
полагаемого агрессивного воздей-
ствия внешней среды.
Важным качеством композиционных
материалов, имеющим су¬щественное
значение при выборе системы усиле-
ния железобетонной конструкции, яв-
ляется их упругое деформирование,
вплоть до разру¬шения. Композиты,
как правило, не обладают пластичес-
кими свойствами стали, и их разруше-
ние носит хрупкий характер. В силу
этого при проектировании усиления
железобетонных элемен¬тов компо-
зиционными материалами необхо-
димо накладывать огра¬ничения на
величину упругих деформаций бето-
на и стали, работаю¬щих совместно
с композитами. При этом необходи-
мо иметь в виду, что упругий харак-
тер деформиро¬вания композици-
онного материала не способствует
перераспределе¬нию напряжений в
усиливаемой конструкции.
Всем этим можно объяснить постоян-
но растущий объем применения