Фиброармированный бетон используется для изготовления железобетонных конструкций уже около тридцати лет и разработан как для предварительно напряженных, так и для обычных или обычных железобетонных элементов. В качестве арматуры в таком бетоне используются полимерные стержни, армированные волокном.
Существуют различные типы армированного волокном бетона с различными свойствами, например, стеклопластиковый, углепластиковый и арамидный армированный бетон. Арматурные стержни из этих полимеров изготавливаются с текстурой и деформацией поверхности для усиления связи между бетоном и стержнями FRP.
В этой статье объясняется конструкция на сдвиг железобетонных конструкций, армированных волокном, в соответствии с ACI 440.1 R-06: Руководство по проектированию и строительству конструкций из бетона, армированного стеклопластиковыми стержнями.
Проектирование конструкций из бетона, армированного стеклопластиком
Существуют различные проблемы, которые необходимо учитывать при проектировании железобетонных конструкций из стеклопластика на сдвиг:
- Прочность на растяжение изогнутого FRP прутка значительно меньше, чем у прямого.
- У стеклопластика нет предела текучести, и он обладает высокой прочностью на растяжение
- Модуль упругости FRP относительно низкий
- ПФО имеет низкое сопротивление поперечному сдвигу
Проектирование сдвига железобетонных конструкций, армированных стеклопластиком
Проектирование сдвиговой арматуры FRP основано на методе расчета прочности, и коэффициент снижения прочности 0,75, который рекомендуется ACI 318-11 для снижения номинальной сдвиговой способности стального железобетонного элемента, применяется и для FRP арматуры.
Для рассматриваемого сечения предельная сдвигающая сила (Vu) должна быть равна или меньше расчетной прочности на сдвиг.
Типы разрушения при сдвиге армированного стеклопластиком бетона
- Разрушение при сдвиговом растяжении: контролируется разрывом стеклопластиковой арматуры.
- Разрушение при сдвиговом сжатии: контролируется дроблением бетона.
Способность к сдвигу при использовании стеклопластиковой арматуры основного натяжения и стеклопластиковой арматуры сдвига:
Существует ряд факторов, которые влияют на номинальную сдвиговую способность железобетонного элемента, нагруженного при изгибе, таких как механические свойства основных напрягаемых стержней FRP, FRP арматуры сдвига, которая обычно изготавливается заранее и поставляется в виде стяжек.
Более того, область сжатия в железобетонном элементе, армированном волокнами, меньше, а прогиб при изгибе больше по сравнению с таким же элементом, армированным стальными стержнями.
Кроме того, из-за малой глубины сжатия и низкого модуля упругости FRP, ширина трещины в бетонной конструкции, армированной FRP стержнями, больше и, следовательно, сопротивление сдвигу, обеспечиваемое сжатым бетоном и заполнителем, меньше, по сравнению с шириной трещины и вкладом в прочность на сдвиг сжатого бетона и заполнителя в стальной железобетонной конструкции.
Поэтому деформация в стеклопластиковых стяжках определяется и ограничивается, чтобы избежать развития больших трещин сдвига в железобетонных конструкциях, армированных полимерными волокнами. Кроме того, прочность стеклопластиковой арматуры снижается при ее изгибе из-за производственного процесса, используемого для изготовления стеклопластиковой арматуры, и линейных упругих свойств полимера, армированного волокном.
Согласно кодексу ACI, номинальная прочность на сдвиг железобетонного элемента с фиброволокном складывается из сопротивления сдвигу, обеспечиваемого бетоном, плюс поперечное армирование FRP.
Где:
Vn: Номинальная сдвиговая способность железобетонного элемента, усиленного FRP
Vc: Номинальная способность бетона к сдвигу, в который вмонтированы FRP стержни в качестве продольной арматуры
Vf: Номинальная сдвиговая способность стеклопластиковой арматуры
Номинальная сдвиговая способность бетона, армированного стержнями FRP, рассчитывается следующим образом:
fc’: прочность бетона
bw: Ширина полотна балки
c: Глубина нейтральной оси в трещиноватом преобразованном сечении.
Глубина нейтральной оси может быть рассчитана для однократно усиленного прямоугольного сечения по следующим формулам:
k: Коэффициент глубины
: коэффициент армирования стеклопластиковой арматурой
nf: Модульный коэффициент
Коэффициент армирования FRP и модульный коэффициент могут быть рассчитаны по следующим уравнениям соответственно:
Сопротивление сдвигу, обеспечиваемое FRP стременами, которые перпендикулярны оси элемента, рассчитывается по следующему уравнению:
Vf: сопротивление сдвигу стеклопластиковых стяжек
Avf: площадь стеклопластиковых стяжек
ffv: является прочностью стеклопластиковой стяжки
d: Эффективная глубина секции
S: расстояние между двумя стременами
Уровень напряжения в стеклопластиковых стременах ограничивается для того, чтобы ограничить ширину трещины сдвига и предотвратить разрушение в части изгиба стеклопластикового стремена:
Ef: Модуль упругости стеклопластика
ffb: Прочность стеклопластика на изгибе, которая может быть определена с помощью следующего выражения:
rb: внутренний радиус изгиба
db: диаметр прутков FRP
ffu: расчетная прочность в прямой части стеклопластикового прутка
- Армированный фибробетон – виды, свойства и преимущества армированного фибробетона.
- Методы усиления железобетонных балок – характеристики связей.
- Методы улучшения пластичности балок RCC с помощью стержней из армированного волокнами полимера.
- Что такое стяжка пола? Ее виды, материалы, конструкция и применение.
- Использование полимерного волокна, армированного волокнами NSM, для усиления железобетонной балки.
- Режимы разрушения в бетонных балках: разрушение при изгибе и сдвиге.
- Усиление балок RCC при сдвиге с помощью пластин или полос FRP с внешней связью.