Пластичность балок, армированных стеклопластиковыми стержнями, является основной проблемой из-за линейного упругого поведения вплоть до разрыва без текучести стеклопластиковых материалов.
В конструкциях балки из стеклопластика могут использоваться надежным образом при условии, что условия пластичности здания соблюдены. Часто пластичность железобетонных балок, армированных стеклопластиком, не удовлетворяется, поскольку и бетон, и полимер, армированный волокнами, являются хрупкими, поэтому требуются методы улучшения структурной пластичности железобетонных балок, армированных стеклопластиком.
Методы улучшения пластичности балок RCC с полимерными стержнями, армированными волокнами
Различные методы, которые могут быть использованы для повышения структурной пластичности бетонных балок, армированных полимерными волокнами, следующие:
- Уплотнение балок, армированных стеклопластиком, волокнистой арматурой
- Сжатие балок, армированных стеклопластиком, спиралями и/или стременами
- Слоистые сухожилия и эффективная конструкция с предварительным напряжением
- Частичное преднапряжение или гибридная комбинация армирования
- Несвязанные сухожилия
- Контролируемое разрушение связей
- Оптимизация пластичности сечения за счет правильного армирования
Сдерживание балок, армированных стеклопластиком, с помощью фибрового армирования
Введение прерывистого волокна, которое может быть полимерным или стальным, может увеличить способность бетона к деформации сжатия и оказать такое же влияние, как и боковое ограничение.
Кривая напряжения-деформации бетона при сжатии значительно изменяется под воздействием волокон, и, следовательно, бетон демонстрирует более вязкое поведение. Это может быть использовано для увеличения части прогиба, который не восстанавливается в пределе, и привести к значительному увеличению индекса пластичности.
Если использовать соответствующее количество волокон, то это, безусловно, повысит энергию разрушения бетона на величину от одного до двух порядков. Таким образом, энергия разрушения, возникающая при разрушении сухожилий, будет сбалансирована.
В зданиях, где необходимы немагнитные свойства, для достижения этой цели можно использовать волокна.
По утверждению Чона и Наммана, использование волокон в хрупких бетонных балках приводит к индексам пластичности от 2,9 до 5,45 и коэффициентам энергии разрушения от 3,7 до 9,2.
Волокна могут применяться в ряде областей бетона выборочно. Например, в случае, когда механизм разрушения спроектирован таким образом, что образуются петли, или в зоне сжатия бетонных элементов.
В дополнение к улучшению пластичности железобетонных балок, применение стеклопластиковых стержней приводит к повышению сдвиговой способности бетонной матрицы, уменьшению трещин, улучшению неупругой связи между бетоном и арматурой, а также предотвращению отколов бетонного покрытия.
Укрепление балок, армированных стеклопластиком, спиралями и/или распорками
Увеличение деформационной способности бетона, которое может быть достигнуто путем ограничения бетона спиралями или стременами, изготовленными из FRP или стальной арматуры, приводит к увеличению распределения пластичности в области сжатия бетона и, следовательно, к повышению пластичности. Доказано, что при использовании FRP стержней в виде спиралей, их влияние намного выше, чем при использовании в виде прямоугольных или круглых стремен. В последнем случае острые углы будут оказывать большое влияние на эффективность FRP стержней.
Слоистый сухожильный аппарат и эффективная конструкция предварительного напряжения
Предлагается устанавливать предварительно напряженную арматуру слоями и рассчитывать эффективное предварительное напряжение в каждом слое для создания прогрессирующего разрушения с увеличением прогибов.
Частичное предварительное напряжение или гибридная комбинация армирования
Использование частично преднапряженного бетона, где преднапряженные сухожилия из полимерных волокон используются с обычными стальными арматурными стержнями или специально изготовленными высокопрочными и низкопрочными FRP стержнями, которые обеспечивают достаточную гибкость и, следовательно, повышают пластичность бетонных конструкций.
Несвязанные сухожилия
С аналитической точки зрения, применение несвязанных сухожилий, как внешних, так и внутренних, является очень привлекательным, поскольку напряжения, возникающие в сухожилиях, не достигают своего максимального значения до разрушения бетона.
Это позволяет использовать максимально возможную пластичность со стороны бетона, а вероятность разрушения арматуры значительно снижается.
Использование несвязанных сухожилий требует введения отличного крепления, которое может испытывать усталостную нагрузку. Кроме того, использование внешних сухожилий может быть рискованным из-за их уязвимости к вандализму, а когда внешние сухожилия разрушаются, они выделяют огромное количество упругой энергии, которая может нанести большой ущерб.
Эта проблема может быть решена путем проектирования элемента таким образом, чтобы происходило переходное разрушение от связанных сухожилий к несвязанным или, другими словами, контролируемое разрушение связей, которое будет описано в следующем разделе.
Контролируемое разрушение связей
Для предотвращения этих проблем, возникающих при использовании сухожилий без связей, рекомендуется проектировать связь между бетоном и армирующими полимерными волокнами таким образом, чтобы при достижении порогового уровня напряжения в сухожилиях происходило разрушение при переходе от связанных к несвязанным сухожилиям.
В этом случае, связанное расположение сухожилий FRP меняется на несвязанное расположение сухожилий FRP. Наконец, этот метод может быть обеспечен технологически.
Оптимизация пластичности сечения за счет правильного армирования
Пропорционирование арматуры и проектирование сечения бетонного элемента с целью использования арматуры и полной деформационной способности бетона имеет существенное значение и является основной целью проектирования.
При условии, что все остальные параметры равны, пластичность сечения может быть повышена путем соответствующего пропорционирования и расположения арматуры в сечении, а также путем определения эффективного предварительного напряжения в сухожилиях.
Чтобы эффективно использовать малую деформационную способность арматуры, целесообразно проектировать сечение так, чтобы получить как можно более низкую нейтральную ось при предельной мощности сечения. А сечение, которое удовлетворяет такому условию, можно назвать чрезмерно усиленным сечением.
Читать далее:
Как контролировать прогиб железобетонных балок и плит?
Факторы, влияющие на прогибы железобетонных балок и плит
Усиление балок RCC при сдвиге с помощью пластин или полос FRP с внешним скреплением
Использование армированного волокнами полимера NSM для усиления балок RCC
- Гибридный фиброармированный бетон – преимущества и применение в строительстве.
- Армированный фибробетон – виды, свойства и преимущества армированного фибробетона.
- Расчет на сдвиг железобетонных элементов конструкций, армированных волокном.
- Передовые композиционные материалы (ACM).
- Методы усиления железобетонных балок – характеристики связей.
- Цементные композиты, армированные волокном (FRC), и высокоэффективные композиты FRC.
- Полимер, армированный волокном (FRP) в строительстве, виды и применение.