СТО Вармастрой 01-2013. Руководство по усилению железобетонных конструкций композиционными материалами. Правила проектирования и монтажа ООО «Вармастрой» СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ РУКОВОДСТВО ПО УСИЛЕНИЮ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОМПОЗИЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ. ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНТАЖА СТО Вармастрой 01-2013 Предисловие Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила разработки – постановлением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г.

1. Руководство По Усилению Железобетонных Конструкций Композитными Материалами
2. Усиление Железобетонных Конструкций Композитными Материалами
3. Усиление Железобетонных Конструкций Композитными Материалами. Правила Проектирования

Руководство По Усилению Железобетонных Конструкций Композитными Материалами

Руководство по выбору композитных материалов. Усиление железобетонных. Aci 440.7r-10 Руководство. 3.1 усиление железобетонной. Из композитных материалов. Download: Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. Композитные материалы. Усиление железобетонных. Руководство по усилению ж/б.

№ 858 «О порядке разработки и утверждения сводов правил». Сведения о своде правил 1 РАЗРАБОТАН Инж. Фаткуллин (ООО «Вармастрой»), рецензент – кандидат техн.

Наук С.И.Иванов (НИИЖБ им. Гвоздева, филиал ОАО «НИЦ «Строительство» 2 ПРЕДСТАВЛЕН НА УТВЕРЖДЕНИЕ Генеральным директором ООО «Вармастрой» 3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом генерального директора ООО «Вармастрой» от г. 4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ Введение СТО Вармастрой 01-2013 «Руководство по усилению железобетонных конструкций композиционными материалами. Правила проектирования и монтажа» содержит требования к расчету и проектированию восстановления и усиления бетонных и железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений путем устройства внешнего армирования композиционными материалами на основе углеродных, арамидных и стеклянных волокон. При разработке стандарта использованы наработки его автора, практический опыт, результаты исследований, выполненных в ОАО ЦНИИС, ОАО «НИЦ «Строительство», стандарт ACI 440.2R-08 «Руководство по проектированию и монтажу систем внешнего армирования из фиброармированного пластика для усиления железобетонных конструкций», разработанный Американским Институтом Бетона (ACI), а также отечественный и зарубежный опыт применения композиционных материалов для усиления строительных конструкций. Содержание ЧАСТЬ 1.

Общие положения Глава 1. Знакомство с предметом и возможности применения 1.1. Знакомство с предметом 1.2.

Возможности применения и ограничения 1.3. Сфера применения и использования 1.4. Использование систем ФАП Глава 2. Условные обозначения и терминология 2.1. Условные обозначения 2.2. Терминология и аббревиатуры Глава 3. Историческая справка 3.1.

Ретроспектива 3.2. Имеющиеся на рынке системы внешнего армирования из ФАП ЧАСТЬ 2. Материалы Глава 4. Композитные материалы и их свойства 4.1. Составные материалы 4.2. Физические свойства 4.3. Механические свойства 4.4.

Изменение свойств со временем 4.5. Долговечность 4.6. Оценка систем ФАП ЧАСТЬ 3. Рекомендации по монтажу Глава 5. Перевозка, хранение и обращение 5.1. Перевозка 5.2.

Хранение 5.3. Обращение Глава 6. Крепление 6.1. Требования к квалификации исполнителя 6.2. Температура и влажность 6.3.

Оборудование 6.4. Ремонт основания и подготовка поверхности 6.5. Смешивание смол 6.6.

Нанесение системы ФАП 6.7. Расположение ФАП материалов 6.8. Многослойность и соединение внахлест 6.9. Отверждение смол 6.10. Временная защита Глава 7. Осмотр, оценка качества и приемка работы 7.1.

Оценка и приемка работы Глава 8. Обслуживание и ремонт 8.1.

Общие положения 8.2. Осмотр и оценка состояния 8.3.

Ремонт системы усиления 8.4. Ремонт защитного покрытия ЧАСТЬ 4.

Рекомендации по проектированию Глава 9. Общие соображения по проектированию 9.1. Принципы проектирования 9.2. Границы усиления 9.3. Подбор систем ФАП 9.4. Характеристики материалов при проектировании Глава 10. Усиление изгибаемых элементов 10.1.

Нормативная прочность 10.2. Железобетонные элементы 10.3. Преднапряженные железобетонные элементы Глава 11. Усиление при сдвиге 11.1. Общие положения 11.2.

Схемы охвата 11.3. Нормативная прочность наклонного сечения 11.4. Вклад ФАП в прочность на сдвиг Глава 12. Усиление конструкции против действия осевых сил и комбинации осевых и изгибающих сил 12.1. Чистое осевое сжатие 12.2. Осевое сжатие с изгибом 12.3.

Улучшение пластичности 12.4. Осевое растяжение Глава 13. Конструирование армирования из ФАП 13.1. Сцепление и отслоение 13.2. Проектирование соединений и нахлестов 13.3.

Вклеивание систем усиления дополнительной арматурой, устанавливаемой у поверхности Глава 14. Чертежи, спецификации и предоставляемые данные 14.1. Требования проектирования 14.2. Чертежи и спецификации 14.3. Предоставляемые данные ЧАСТЬ 5.

Примеры расчетов Глава 15. Примеры расчетов 15.1.

Расчет характеристик на растяжение системы ФАП 15.2. Сравнение систем ФАП по прочности на растяжение 15.3. Усиление прочности изгибаемой железобетонной балки, находящейся во внутреннем помещении, композитными ламелями 15.4. Усиление прочности изгибаемой железобетонной балки, находящейся внутри помещения, дополнительной ФАП арматурой, устанавливаемой у поверхности 15.5. Усиление прочности изгибаемой балки из преднапряженного железобетона, находящейся во внутреннем помещении, композитными ламелями 15.6. Усиление прочности на поперечную силу Т-образной балки, находящейся внутри помещения 15.7. Усиление прочности по поперечной силе наружной колонны 15.8.

Усиление железобетонной колонны прямоугольного сечения вследствие увеличения осевой нагрузки 15.9. Усиление железобетонной колонны прямоугольного сечения для увеличения прочности на осевое сжатие и изгиб. Справочная информация 16.1.

Стандарты и отчеты 16.2. Библиографический список ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение А. Данные о свойствах углеродных, стеклянных и арамидных волокон Приложение B. Краткие сведения о стандартных методах испытаний Приложение C.

Направления дальнейших исследований Приложение D. Методология построения упрощенных PM-диаграмм для колонн прямоугольного сечения. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Глава 1. Знакомство с предметом и возможности применения 1.1. Знакомство с предметом Усиление или модификация эксплуатируемых железобетонных конструкций с целью повышения проектной нагрузки, ремонтные и профилактические работы против износа, исправление недостатков при проектировании или строительстве, как правило, осуществляются с использованием обычных материалов и строительных технологий.

Среди самых распространенных методик – крепление на поверхности конструкций стальных пластин, устройство обойм из железобетона, внешнее напряжение железобетона методом натяжения арматуры. Композитные материалы, изготовленные из полимерных смол, называются фиброармированным пластиком (далее ФАП). Их разработали в качестве альтернативных материалов для ремонта и восстановления конструкций. В этом документе под системами ФАП подразумевается сочетание армирующих нитей и смол для создания композитного ламината, а также адгезива для крепления ламелей к поверхности конструкций и материалов для нанесения защитного покрытия. Защитное покрытие не является частью систем ФАП. ФАП – легкие, устойчивые к коррозии высокопрочные материалы. Есть множество их разновидностей от готовых ламелей до армирующих тканей, которые укладываются на поверхность до нанесения полимерного адгезива.

Для сохранения внешнего вида или обеспечения доступа затвердевшая система ФАП может быть относительно тонкой. Системы ФАП все чаще используются для усиления и восстановления конструкций, что объясняется рядом причин. При довольно высокой стоимости волокон и смол по сравнению с традиционными материалами типа бетона и стали трудозатраты и оборудование для систем ФАП обходятся дешевле (Nanni 1999). Системы ФАП также удобно использовать в труднодоступных местах, где применение обычных технологий мало возможно. Настоящее руководство составлено на основе всестороннего анализа данных экспериментов, теоретических выкладок и результатов применения систем усиления ФАП на практике. Области, требующие дополнительных исследований, выделены в данном документе и собраны в приложении В. Возможности применения и ограничения Настоящий документ представляет собой руководство по выбору материалов, проектированию и монтажу систем ФАП для усиления железобетонных конструкций.

Здесь содержатся сведения о свойствах материалов, проектированию, монтаже, контроле качества и обслуживании систем ФАП для наружного усиления конструкций. Представленные данные могут быть использованы для выбора системы ФАП для увеличения несущей способности и прочности железобетонных конструктивных элементов. Важную роль в этом документе играют результаты научных исследований. Эти исследования проводились на протяжении 25 лет и включали в себя теоретические и экспериментальные работы, а также наблюдения за реализованными проектами по усилению системами ФАП. Согласно этим исследованиям, расчеты, представленные в настоящем руководстве, следует считать подтвержденными.

Много внимания уделялось изучению долговечности и изменению эксплуатационных характеристик систем ФАП со временем. Однако, эта часть исследований еще не завершена. В настоящем руководстве учитывается ухудшение характеристик вследствие нахождения в окружающей среде, равно как и отмечаются факторы ослабления конструкций в разных условиях окружающей среды. Усталость металла и ползучесть бетона, связанные с предельными напряжениями, также учитываются в настоящем руководстве. Упомянутые факторы и ограничения следует считать подтвержденными.

С появлением новых данных они могут пересматриваться с целью более точного определения влияния окружающей среды и эксплуатационных нагрузок. Следует отметить, что совокупный эффект воздействия окружающей среды и эксплуатационной нагрузки все еще требует изучения. Особое внимание следует придавать реализуемым проектам, где системы ФАП будут сталкиваться и с крайне неблагоприятной окружающей средой, и с предельными нагрузками. Факторы, связанные с эксплуатационной долговечностью систем ФАП, могут влиять и на модуль упругости при растяжении применяемых в проекте материалов. Множество вопросов, связанных с креплением систем ФАП к поверхности конструкций, по-прежнему являются предметом тщательного изучения. При усилении на восприятие растягивающих усилий при изгибе с одновременным действием поперечной силы отмечаются многочисленные случаи отслоения, что оказывает влияние на прочность элементов системы ФАП. И хотя большинство причин отслоений специалистами уже определены, их предсказания нуждаются в более точных методиках.

В процессе проектирования следует учитывать важные ограничения по уровню напряжения (и, стало быть, по предельной нагрузке на растяжение), которое будут испытывать элементы системы ФАП под нагрузкой. Последующее развитие методики проектирования должно обеспечивать более точное прогнозирование отслоений. В настоящем руководстве указывается, на что именно следует обратить внимание при разработке и креплении систем ФАП во избежание большинства возможных причин отслоения. Важную роль в обеспечении необходимого уровня прочности, расчет которого описан в настоящем руководстве, играет последовательность действий по подготовке поверхности железобетонной конструкции и проведению монтажа системы ФАП.

Были проведены исследования по различным методам крепления усиливающих систем ФАП – механическим и иным. Важно понимать, что методы крепления этих систем имеют существенные изъяны из-за хрупкости и анизотропной природы композитных материалов. Любой метод крепления требует тщательного изучения до применения его на практике. Расчетные формулы, представленные в этом документе представляют собой результаты исследований, проведенных на соразмерных элементах железобетонных конструкций среднего размера. Особое внимание следует уделять задачам по усилению крупных элементов, а также усилению напряженных областей (D-регионов) элементов конструкции, таких как высокие балки, карнизы, углубленные торцы балок. При наличии подтверждений, в настоящем руководстве предоставляются данные по специфическим ограничениям размеров элементов и предельному состоянию. Настоящее руководство применимо только для систем ФАП, использующихся как дополнительное армирование на растяжение.

Не рекомендуется применение таких систем для усиления на сжатие. Материалы, используемые в ФАП, способны противостоять сжатию, однако такое использование систем ФАП сопряжено с множеством проблем. При наличии пустот в адгезиве, армирующие нити могу коробиться. Коробиться может и ламель, если она плохо приклеена или закреплена на поверхности конструкции и в итоге из-за плохой укладки по оси возникает непредвиденная сила сжатия. Настоящее руководство не рассматривает вопросы проектирования, контроля качества и обслуживания, возникающие при использовании упомянутых материалов в подобных конструкциях, и не предоставляет надлежащих расчетов для подобного применения. Использование описываемых в настоящем руководстве систем ФАП для усиления прочности на сжатие настоятельно не рекомендуется. Настоящее руководство не рассматривает каменные конструкции (конструкции из бетонных блоков и кирпичную кладку), включая стены.

Однако имеющиеся на сегодняшний день исследования подтверждают, что системы ФАП можно применять для усиления кирпичных стен, и большинство расчетов, содержащихся в настоящем руководстве, применимы для этих целей (Triantafillou 1998b; Ehsani et al. 1997; Marshall et al. Сфера применения и использования Системы ФАП можно использовать для восстановления прочности изношенных элементов железобетонных конструкций, их реставрации и модификации, а также для усиления неповрежденных структурных элементов с целью противодействия возросшей нагрузке из-за изменений, произошедших в конструкции здания. Системы ФАП также используются для исправления ошибок, допущенных в ходе проектирования или возведения железобетонных конструкций. Профессиональному проектировщику надлежит прежде всего определить, подходит ли система ФАП для усиления конструкции в принципе, прежде чем остановить свой выбор на этой технологии. Для оценки пригодности системы ФАП для той или иной конструкции проектировщик должен осуществить оценку текущего состояния конструкции, в которую входит установление фактической несущей способности, выявление дефектов и их причин, определение состояния защитного слоя бетона. В общую оценку следует включить результаты тщательного осмотра конструкции, изучения проектной или исполнительной документации и анализ конструкции согласно руководству ACI 364.1R.

Следует изучить имеющуюся конструкторскую документацию, включая чертежи, проектные спецификации, исполнительную информацию, отчеты об эксплуатационных испытаниях, документацию о проведенных ремонтных работах, и всю наличествующую документацию об обслуживании железобетонной конструкции с момента ввода в эксплуатацию. Проектировщик обязан провести эксплуатационное исследование железобетонной конструкции в соответствии с руководством ACI 437R и других применимых в данном случае документов ACI. В минимуме эксплуатационное исследование должно определить следующее: – актуальные размеры элементов конструкции; – расположение, размеры и причины трещин и сколов; – расположение и распространение очагов коррозии элементов стальной арматуры; – наличие активных очагов коррозии; – количество и расположение элементов стальной арматуры; – фактическая прочность на сжатие бетона; – прочность поверхности бетона, особенно бетонного защитного слоя в местах, где на бетон планируется крепление системы ФАП. Прочность железобетона на растяжение в местах возможного монтажа системы ФАП следует определять путем проведения адгезионного испытания на прочность отрывом согласно руководству ACI 503R. Фактическая прочность бетона должна определяться испытанием кернов в соответствии с требованиями ACI 318-05.

Несущая способность железобетонной конструкции следует определять на основе информации, полученной по результатам натурного обследования, сверки с проектными расчетами и чертежами, а также аналитическими методами. По необходимости в процессе общего обследования можно применить испытание пробным загружением и другие методы. Ограничение усиления. В целом, для предотвращения неожиданного отказа элемента конструкции в случае повреждения системы ФАП следует установить границы применения усиления ограничением увеличения несущей способности элемента конструкции, усиленного системой ФАП. Смысл этого состоит в том, чтобы при повреждении ФАП внешнего армирования элемент железобетонной конструкции не разрушился от постоянно действующей нагрузки. Соответствующие рекомендации, включая сочетание нагрузок для оценки работоспособности элемента железобетонной конструкции после потери системы ФАП, находятся в Части 4 настоящего руководства. Системы ФАП для повышения прочности отдельного элемента железобетонной конструкции следует проектировать в соответствии с частью 4 настоящего руководства, в которой содержится всестороннее рассмотрение ограничений по нагрузке, разумного уровня нагрузок, воздействие температуры и окружающей среды на системы ФАП, соображения о загружении, воздействие коррозии стальной арматуры на целостность системы ФАП.

Пожарная безопасность. Системы усиления ФАП должны соответствовать всем критериям строительных и противопожарных норм.

Уровень дымообразования и распространения пламени для конструкции должен соответствовать применимым строительным нормам, в зависимости от классификации железобетонной конструкции. Уровень дымообразования и распространения пламени можно определить по руководству ASTM E84. Для ограничения дымообразования и распространения пламени можно использовать защитные покрытия (Apicella and Imbrogno 1999) и системы изоляции (Bisby et al.

2005a; Williams et al. Из-за сильного снижения несущей способности большинства материалов, применяемых в системах ФАП, под воздействием огня следует учитывать, что при пожаре внешние системы ФАП могут быть полностью утрачены, если нет доказательств того, что температура ФАП остается ниже критических показателей (например, в случае, если система ФАП обладает противопожарной системой). Критической температурой для усиления из ФАП следует считать температуру стеклования T g компонентов ремонтной системы, как это указано в подразделе 1.3.3. Элементы конструкции без системы ФАП должны обладать достаточной прочностью для удержания действующих во время пожара нагрузок, как это рассматривается в подразделе 9.2.1. Противопожарную сопротивляемость железобетонных элементов, армированных системами ФАП, можно увеличить посредством использования определенных адгезивов, защитных покрытий, изоляционных систем, а также другими методами противо¬пожарной защиты (Bisby et al. Соответствующие рекомендации, включая сочетание нагрузок и принципы рационального подхода для подсчета сопротивляемости элементов железобетонной конструкции пожару находится в Части 4 настоящего руководства. Максимальная рабочая температура.

Физико-механические свойства адгезивных компонентов систем ФАП зависят от температуры и ухудшаются при температурах близких и превышающих температуру стеклования T g (Bisby et al. Для присутствующих сегодня на рынке систем ФАП T g обычно находится в пределах от 60°C до 82°C. Величину T g для конкретных систем ФАП можно узнать у производителей этих систем или установить методом тестирования согласно руководству ASTM D4065.

T g – усредненная температура, при которой адгезив превращается из стеклообразного состояния в вязкоупругое, что обычно происходит в температурном диапазоне свыше 30°C. Такое изменения состояния адгезива ухудшает механическую прочность ламелей и прочность их крепления.

В условия сухой окружающей среды рекомендуется, чтобы рабочая температура системы ФАП не превышала T g – (минус) 15°C (Luo and Wong 2002; Xian and Karbhari 2007). Для определения критических рабочих температур систем ФАП в других условиях нужны дополнительные исследования. Эти рекомендации актуальны для повышенной температуры окружающей среды, характерной для жарких географических регионов и некоторых производственных условиях. Случай пожара подробно рассмотрен в подразделе 9.2.1. В случаях, когда система ФАП эксплуатируется во влажной среде, следует использовать величину температуры стеклования во влажной среде T gw. Минимальная прочность поверхности железобетонной конструкции.

Системы ФАП работают только на прочном бетоне, их не следует монтировать к элементам конструкции со ржавой арматурой или поврежденным бетоном, пока основание не будет отремонтировано, как это описано в разделе 6.4. Трещины в бетоне, повреждения, коррозию арматуры следует оценить и исправить до применения системы ФАП.

Повреждение железобетона происходит по следующим причинам: взаимодействие щелочей цемента с кремнеземом заполнителя в бетоне, медленное образование эттрингитов, карбонизация, продольные трещины вдоль подверженных коррозии элементов стальной арматуры, трещины при отслоении защитного слоя у арматуры. Прочность основания является решающим фактором для тех случаев усиления, когда сцепление имеет определяющее значение, например, при усилении на изгиб или срез (поперечное армирование). Основание должно обладать необходимой прочностью, чтобы передавать проектное напряжение на систему ФАП. Основание, включая поверхность отремонтированных участков, должно иметь достаточную прочность на растяжение и сдвиг для передачи усилия на систему ФАП. Прочность на растяжение должна составлять не менее 1,4 МПа, определяется адгезионными испытаниями на отрыв по ICRI 03739. Не следует применять системы ФАП, если прочность основания на сжатие f c' составляет менее 17 МПа.

Указанное значение минимальной прочности не относится к тем задачам, когда определяющим является контактная связь, например, при усилении колонн путем обертывания их ФАП. Расчетные напряжения в системе ФАП для таких случаев рассчитывается по деформации и растяжению железобетонного элемента. Применение систем ФАП не останавливает коррозию имеющейся арматуры (El-Maaddawy et al. Если коррозия металла очевидна или влияет на состояние основания железобетона, монтаж ФАП арматуры до остановки распространения коррозии и ремонта основания проводить не рекомендуется. Использование систем ФАП В настоящем руководстве рассматриваются существующие на рынке системы ФАП, состоящие из волокон и смол, соответствующим образом объединенных между собой и соответствующим образом закрепленных на железобетонные конструкции.

Такие системы разработаны согласно характеристикам используемых материалов и с учетом конструкционных испытаний. Использование непроверенных соединений волокон и смол может привести к появлению неожиданных свойств, а также к несовместимости материалов. Любая система ФАП, которая планируется к применению, должна обладать достаточным количеством данных по результатам проведенных испытаний, показывающих соответствующие свойства системы в аналогичных случаях использования, в том числе по способу ее монтажа.

Рекомендуется использование систем, разработанных согласно характеристикам используемых материалов и учетом конструкционных испытаний, в том числе по хорошо документированным отраслевым стандартам. Следует избегать использования непроверенных соединений волокон и смол. Стандарты для всесторонних испытаний систем ФАП разрабатывались несколькими организациями, включая ASTM, ACI, ICRI, и ISIS Canada. Имеющиеся стандарты этих организаций представлены в приложении Б. Историческая справка Системы ФАП внешнего наложения начали использоваться для усиления и модификации существующих железобетонных конструкций в мире с середины 1980-х годов. Число реализованных проектов с использованием систем ФАП за последние 20 лет существенно возросло, от единичных случаев в начале до нескольких тысяч реализованных решений на сегодняшний день. Элементы железобетонных конструкций, усиленные системами ФАП внешнего наложения, включают в себя балки, плиты, колонны, стены, соединения, дымовые трубы и дымоотводы, склады, хранилища, туннели, силосные башни, трубопроводы, стропильные фермы.

Системы ФАП внешнего наложения также использовались для усиления конструкций из кирпича, древесины, стали и чугуна. Сама идея усиления железобетона посредством наложения внешней арматуры не нова. Системы ФАП внешнего наложения были разработаны в качестве альтернативы традиционным технологиям внешнего армирования – креплению стальных пластин, устройству металлических и железобетонных обойм для колонн. Технологии внешнего армирования системами ФАП с целью модификации железобетонных конструкций впервые появилась в 1980-х года одновременно в Европе и Японии. Ретроспектива В Европе системы ФАП разрабатывались в качестве альтернативы креплению стальных пластин.

Прикрепляемые в местах напряжения с помощью адгезивных смол стальные пластины доказали свою эффективность для усиления прочности на изгиб (Fleming and King 1967). Эту технологию использовали для усиления множества мостов и строений по всему миру.

Но поскольку стальные пластины подвергались коррозии, что приводило к ухудшению сцепления пластин и железобетона, а их монтаж был сопряжен со значительными усилиями, требующими тяжелого оборудования, разработчики начали искать альтернативу в материалах ФАП. Первые эксперименты по модификации железобетонных конструкций материалами ФАП проводились в 1978 году в Германии (Wolf and Miessler 1989). Исследования в Швейцарии привели к первому практическому применению системы ФАП наружного наложения для усиления прочности на изгиб ряда железобетонных мостов (Meier 1987; Rostasy 1987). Впервые для усиления периметра железобетонных колонн системы ФАП были применены в Японии в 80-х годах (Fardis and Khalili 1981; Katsumata et al.

Резкое увеличение количества применения ФАП в Японии произошло после 1995 года после землетрясения в районе Хиогокен-Нанбу в Кобе (Nanni 1995). Разработчики в США интересовались волоконным армированием железобетона с 30-х годов. Тем не менее исследования и создание нужных материалов для модификации железобетонных конструкций начались лишь в 80-х годах с подачи Национального научного фонда (NSF) и Федерального управления автомобильных дорог (FHWA). Исследования привели к реализации множества натурных проектов, выполненных в различных условиях окружающей среды.

Результаты предварительных исследований применения ФАП для ремонта и усиления конструкций содержатся в документе ACI 440R и сборниках профильных конференций (Neale 2000; Dolan et al. 1999; Sheheta et al.

Усиление Железобетонных Конструкций Композитными Материалами

1999; Saadatmanesh and Ehsani 1998; Benmokrane and Rahman 1998; Neale and Labossière 1997; Hassan and Rizkalla 2002; Shield et al. Разработка правил и стандартов для систем ФАП внешнего наложения осуществляется в Европе, Японии, Канаде и США. За последние 10 лет Японское общество гражданских инженеров (JSCE), Японский институт железобетона (JCI), Японский институт исследований железнодорожного транспорта (RTRI) опубликовали несколько документов, связанных с использованием ФАП материалов в железобетонных конструкциях. В Европе исследовательская группа 9.3 Международной Федерации строительного бетона (FIB) опубликовала бюллетень, содержащий руководство по проектированию арматуры ФАП внешнего наложения для армирования железобетонных конструкций (International Federation for Structural Concrete 2001). Канадская ассоциация стандартов (CSI) совместно с ISIS активно разрабатывают руководство по системам ФАП. Раздел 16 'Конструкции с волоконным армированием' Канадского свода правил по проектированию мостов скоростных автомагистралей был завершен в 2006 году (CAN/CSA-S6-06) и ратифицирован CSA как документ CSA S806-00. В США критерии для оценки применимости систем ФАП содержатся в документе ICBO AC125 (CALTRANS Division of Structures 1996; Hawkins et al.

Имеющиеся на рынке системы внешнего армирования из ФАП Системы ФАП поставляются в различном виде, включая как системы с предварительной пропиткой, так и системы с заранее сформированным профилем. Игра kiss before midnight. Системы ФАП можно разделить по форме, в зависимости от того, как они доставляются к месту применения и как устанавливаются. Систему ФАП и ее форму следует выбирать исходя из приемлемых условий передачи нагрузок от конструкции, а также простоты монтажа и обслуживания системы. Обобщенный перечень форм систем ФАП, годных для усиления тех или иных элементов конструкции, описан в подразделах 3.2.1.– 3.2.4. Системы мокрого наложения. Мокрая система ФАП состоит из сухих однонаправленных или разнонаправленных волоконных холстов или ткани, которые укладываются в слой адгезива-наполнителя на месте монтажа.

Усиление Железобетонных Конструкций Композитными Материалами. Правила Проектирования

Адгезив-наполнитель вместе с грунтовкой и шпаклевкой крепит ткань ФАП на поверхность железобетона. Мокрая система наносится и твердеет на месте, как монолитный бетон.

Три основных типа систем мокрого наложения: 1. Сухие холсты однонаправленных волокон, где сами волокна лежат главным образом в одной плоскости; 2. Сухие холсты разнонаправленных волокон или ткани, где сами волокна ориентированы хотя бы в двух направлениях одной плоскости; 3. Сухая волокнистая пряжа, которая обертывается или по-другому механически наносится на поверхность железобетона.

Сухая пряжа заполняется адгезивом в процессе намотки. Препреги (системы с предварительной пропиткой). ФАП системы с предварительной пропиткой состоят из частично отвержденных однонаправленных или разнонаправленных волоконных холстов или тканей, которые были заранее заполнены адгезивом в заводских условиях. Системы с предварительной пропиткой накладываются на поверхность железобетона с применением или без дополнительного применения адгезива, в зависимости от особых требований. Препреги пропитываются вне места монтажа, но отверждаются, как и системы мокрого наложения, на месте монтажа. Системам с предварительной пропиткой обычно требуется для отверждения термическая обработка. Условия и сроки хранения, а также процедуру отверждения препрегов следует уточнять у изготовителей.

Три основных типа ФАП препрегов: 1. Заранее пропитанные холсты однонаправленных волокон, где сами волокна лежат главным образом в одной плоскости; 2. Заранее пропитанные холсты разнонаправленных волокон или ткани, где сами волокна ориентированы хотя бы в двух направлениях одной плоскости; 3.

Заранее пропитанная волокнистая пряжа, которая обертывается или по-другому механически наносится на поверхность железобетона. Системы с готовым профилем. Системы с готовым профилем могут состоять из множества разных композитных профилей, изготовленных и отвержденных в заводских условиях. Обычно в таких случаях адгезив вместе с грунтовкой и шпаклевкой используется для установки готового отвержденного профиля на поверхность железобетона. Следует проконсультироваться у производителя по поводу рекомендуемого набора операций по монтажу системы. Системы с готовым профилем аналогичны сборному железобетону.

Три основных типа систем с готовым профилем: 1. Однонаправленные ламели, обычно доставляемые к месту монтажа в виде упаковок с набором ламелей либо как бухты с тонкой лентой; 2. Разнонаправленные сетки, обычно доставляемые к месту монтажа в бухтах; 3. Оболочки и обшивки, обычно доставляемые к месту монтажа в виде разрезанных вдоль волокон сегментов, чтобы их было легко накладывать вокруг колонн или других элементов железобетонных конструкций; набор из нескольких слоев, прикрепленных к железобетону и скрепленных между собой используется для создания сейсмоустойчивых обойм. Устанавливаемые у поверхности системы (АУП). Устанавливаемые у поверхности системы ФАП состоят из круглых или прямоугольных стержней или пластин, вклеиваемых в пазы, сделанные в поверхности железобетона. Для крепления ФАП стержней в пазе используется подходящая смола, отверждаемая на месте установки.

Следует проконсультироваться с производителем системы для подбора правильного адгезива. Два основных типа элементов арматуры, используемых в этой системе: 1. Круглые арматурные элементы, изготовляемые методом пултрузии, обычно доставляются к месту монтажа в виде отдельных стержней или в бухтах, в зависимости от диаметра арматуры; 2.

Прямоугольные стержни и пластины, изготовляемые методом пултрузии, обычно доставляются к месту монтажа в бухтах. МАТЕРИАЛЫ Глава 4. Композитные материалы и их свойства Описанные в этом разделе физико-механические свойства ФАП материалов объясняют поведение и свойства, определяющие их применение в железобетонных конструкциях.

В разделе рассматриваются результаты воздействия на ФАП различных факторов, таких как длительность и долговременность нагрузки, температура, влажность. Системы ФАП поставляются в различных видах (системы мокрого наложения, препреги, системы с готовым профилем). Важнейшие роли в характеристиках фиброаримированного материала играют такие факторы, как объем волокна, тип волокна, тип адгезива, ориентация волокон, размеры, контроль качества при производстве.

В этой главе представлены общие характеристики материалов, они не всегда применимы к коммерческим продуктам. Стандартные методы испытаний для определения характеристик некоторых фиброармированных материалов были разработаны несколькими организациями, включая ASTM, ACI и CSA. Между тем специалисту-проектировщику рекомендуется обращаться за консультациями к производителю используемой системы ФАП для получения подробных характеристик продукта для того или иного применения. Составные материалы Составные материалы используемых систем ФАП, включая смолы, грунтовки, шпаклевки, пропитки, адгезивы, волокна, разрабатываются на основе испытаний материалов и компонентов для усиления элементов железобетонных конструкций. В системах ФАП используется широкий диапазон полимерных смол, включая грунтовки, шпаклевки, пропитки и адгезивы. Среди общеупотребимых типов смол, созданных для широкого диапазона условий окружающей среды, применяются эпоксидные смолы, виниловые эфиры, полиэстер.

Изготовители систем ФАП используют смолы, которые: – совместимы и имеют хорошую адгезию к поверхности бетона; – совместимы и имеют хорошую адгезию к композитной системе ФАП; – устойчивы к воздействию окружающей среды, включая влажность, соленую воду, экстремальные температуры и химикаты, обычно воздействующие на железобетон; – способны заполнять пустоты; – хорошо поддаются обработке; – обладают необходимым временем жизни; – совместимы и имеют хорошую адгезию к высокопрочному волокну; – после твердения обладают необходимыми механическими свойствами в составе ФАП композита. Грунтовка проникает вглубь поверхности железобетона, улучшая клеящую способность для пропиточной смолы или адгезива.

Шпаклевки используются для заполнения небольших пустот и ямок в поверхности для ее выравнивания и подготовки к креплению системы ФАП. Заполнение шпаклевкой пустот предотвращает также появление пузырей во время затвердения пропиточной смолы. Пропиточная смола. Пропиточная смола предназначена для заполнения пространства между высокопрочными армирующими волокнами, закрепления их на месте, и передачи поперечной силы с целью распределения нагрузки между волокнами.

Пропиточная смола также служит адгезивом для системы мокрого наложения, обеспечивая эффективную передачу поперечной силы между загрунтованной поверхностью бетона и системой ФАП. Типичная плотность материалов ФАП (г/см 3) Сталь СФАП УФАП АФАП 7,9 1,2-2,1 1,5-1,6 1,2-1,5 Таблица 4.2. Типичный коэффициент температурного расширения ФАП материалов (Типичные значения для содержания волокон от 0,5 до 0,7) Направление Коэффициент температурного расширения, × 10 −6/°C СФАП УФАП АФАП Продольное, α L 6-10 -1.2 Продольное, α T 19-23 22-50 60-80 4.1.1.4. Адгезивы используются для крепления предварительно отвержденных ФАП ламелей и систем АУП к поверхности железобетона. Адгезивы передают поперечную силу от поверхности бетона на усиливающую систему ФАП. Адгезивы также скрепляют между собой слои предварительно отвержденных ФАП ламелей. В системах армирования ФАП используются длинные стеклянные, арамидные или углеродные волокна.

Волокна придают системе ФАП прочность и жесткость. Типичный диапазон свойств волокон при растяжении приведен в приложении А. Волокна подробно описаны в документе ACI 440R.

Защитные покрытия. Защитные покрытия оберегают закрепленную арматуру из ФАП от возможных механических повреждений и природных воздействий. Покрытие обычно наносится на наружной поверхности отвержденной системы ФАП после затвердения адгезива или пропиточной смолы.