Плевков В.С.

УДК 691.175.3; 620.172; 620.173

ПЛЕВКОВ ВАСИЛИЙ СЕРГЕЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор,

pvs@tomsksep.ru

БАЛДИН ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ, канд. техн. наук, доцент,

biwem@yandex.ru

КУДЯКОВ КОНСТАНТИН ЛЬВОВИЧ, аспирант,

konst_k@mail.ru

НЕВСКИЙ АНДРЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ, аспирант,

lokop888@gmail.com

Томский государственный архитектурно-строительный университет,

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ АРМАТУРЫ КОМПОЗИТНОЙ ПОЛИМЕРНОЙ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И КРАТКОВРЕМЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ РАСТЯЖЕНИИ И СЖАТИИ

Представлены результаты исследований физико-механических характеристик композитной полимерной арматуры. Экспериментально определены значения основных прочностных и деформационных характеристик стекло- и углекомпозитной арматуры при статическом воздействии осевой растягивающей и сжимающей нагрузки. Дана оценка устойчивости композитных стержней к воздействию щелочной среды. Представлена диаграмма деформирования стекло- и углекомпозитной арматуры при статическом воздействии. Предложены расчетные коэффициенты динамического упрочнения композитной арматуры при кратковременном динамическом воздействии.

Ключевые слова: арматура композитная полимерная; стеклокомпозит; углекомпозит; прочность; деформативность; коррозионная стойкость; диаграмма деформирования; динамическое упрочнение; статическое нагружение; кратковременное динамическое нагружение.

Библиографический список

  1. Эффективность использования инновационных композитных материалов в строительстве / И.С. Птухина, А.С. Далабаев, А.Б. Туркебаев, Д.С. Тлеуханов [и др.] // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2014. – № 9 (24). – С. 84–96.
  2. Теплова, Ж.С. Стеклопластиковая арматура для армирования бетонных конструкций / Ж.С. Теплова, С.С. Киски, Я.Н. Стрижкова // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2014. – № 9 (24). – С. 49–70.
  3. Климов, Ю.А. Экспериментальные исследования композитной арматуры на основе базальтового и стеклянного ровинга для армирования бетонных конструкций / Ю.А. Климов, А.С. Солдатченко, Ю.А. Витковский // Бетон и железобетон. Оборудование. Материалы. Технологии. – 2012. – № 2 (7). – С. 106–109.
  4. Макушева, Н.Ю. Сравнительный анализ металлической арматуры и арматуры из композитных материалов / Н.Ю. Макушева, Н.Б. Колосова // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2014. – № 10 (25). – С. 60–72.
  5. Габрусенко, В.В. Об особенностях проектирования конструкций из бетона с композитной арматурой / В.В. Габрусенко // Стены и Фасады. – 2013. – № 2 (68). – С. 45–48.
  6. Степанова, В.Ф. Арматура композитная полимерная / В.Ф. Степанова, А.Ю. Степанов, Е.П. Жирков. – М. : Изд-во АСВ, 2013. – 200 с.
  7. Фролов, Н.П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции / Н.П. Фролов. – М. : Стройиздат, 1980. – 104 с.
  8. Nevsky, A.V. Strength and deformability of compressed concrete elements with various types of non-metallic fiber and rods reinforcement under static loading / A.V. Nevsky, I.V. Baldin, K.L. Kudyakov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2015. – V. 71. DOI:10.1088/1757-899X/71/1/012037.
  9. Urbanskia, M. Investigation on concrete beams reinforced with basalt rebars as an effective alternative of conventional RC structures / M. Urbanskia, A. Lapkob, A. Garbaczc // Procedia Engineering. – 2013. – V. 57. – Pp. 1183–1191. DOI: 10.1016/j. proeng.2013.04.149.
  10. Kudyakov, K.L. Strength and deformability of concrete beams reinforced by non-metallic fiber and composite rebar / K.L. Kudyakov, V.S. Plevkov, A.V. Nevsky // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2015. – V. 71. DOI: 10.1088/1757-899X/71/1/012030.
  11. Balaguru, P. FRP composites for reinforced and prestressed concrete structures. A guide to fundamentals and design for repair and retrofit / P. Balaguru, A. Nanni, J. Giancaspro. – CRC Press, 2008. – 336 p.
  12. Лапшинов, А.Е. Перспективы применения неметаллической композитной арматуры в качестве рабочей ненапрягаемой в сжатых элементах / А.Е. Лапшинов // Вестник МГСУ. – 2015. – № 10. – С. 96–105.
  13. Исследование прочности и устойчивости однонаправленных стеклопластиковых стержней при осевом сжатии / А.Н. Блазнов, В.Ф. Савин, Ю.П. Волков, В.Б. Тихонов // Механика композиционных материалов и конструкций. – 2007. – № 3. – С. 426–440.
  14. Коррозионная стойкость полимерных композитов в щелочной среде бетона / Н.К. Розенталь, Г.В. Чехний, А.Р. Бельник, А.П. Жилкин // Бетон и железобетон. – 2002. – № 3. – С. 20–23.
  15. Glass fiber reinforced polymer rebar. Technical brochure. – Hughes Brothers Ltd, 1997. – 15 p.
  16. Ramm, W. Report concerning the tests regard to the alkaline consistency of an anchoring of plastic reinforced with glass fiber concerning three-wythed facade panels according to the DEHA-TM System / W. Ramm // Technical report. – 1992. – 32 p.
  17. Ramm, W. Report concerning tests regarding the alkaline durability of an anchoring system out of reinforced glass fiber plastic for three-layered facade panels according to the DEHA-TM System / W. Ramm // Technical report. – 1993. – 43 p.
  18. Ray, B.C. A review on mechanical behavior of FRP composites at different loading speeds / B.C. Ray, D. Rathorea // Critical reviews in solid state and materials sciences. – 2015. – V. 40. – Pp. 119–135. DOI: 10.1080/10408436.2014.940443.
  19. Mechanical behavior of glass and carbon fiber reinforced composites at varying strain rates / R.O. Ocholaa, K. Marcusa, G.N. Nurickb, T. Franzc. // Composite Structures. – 2004. – V. 63. – Pp. 455–467. DOI: 10.1016/S0263-8223 (03) 00194-6.
  20. Тарек, М.Ф.Э. Прочность преднапряженных изгибаемых балочных элементов, армированных стеклопластиковой арматурой, при действии кратковременных динамических нагрузок : дис. … канд. техн. наук. – М., 1992. – 135 с.
  21. Попов, H.H. Расчет конструкций на динамические и специальные нагрузки / H.H. Попов, Б.С. Расторгуев, A.B. Забегаев. – М. : Высшая школа, 1992. – 319 с.
  22. Плевков, В.С. Динамическая прочность бетона и арматуры железобетонных конструкций / В.С. Плевков. – Томск : Изд-во Томского ЦНТИ, 1996. – 65 с.
  23. Кумпяк, О.Г. Прочность и деформативность железобетонных конструкций на податливых опорах при кратковременном динамическом нагружении / О.Г. Кумпяк, З.Р. Галяутдинов, Д.Н. Кокорин. – Томск : Изд-во ТГАСУ, 2016. – 277 с.
  24. Некоторые вопросы динамики железобетона / О.Г. Кумпяк, В.С. Плевков, Д.Г. Копаница, И.В. Балдин // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2000. – № 1. – С. 124–136.
  25. Плевков, В.С. Расчетные диаграммы нелинейного деформирования базальтофибробетона при статических и кратковременных динамических воздействиях / В.С. Плевков, С.Н. Колупаева, К.Л. Кудяков // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2016. – № 3. – С. 95–110.
  26. Модели нелинейного деформирования углеродофибробетона при статическом и кратковременном динамическом воздействиях / В.С. Плевков, В.В. Белов, И.В. Балдин, А.В. Невский // Вестник гражданских инженеров. – 2016. – № 3 (56). – С. 72–82.
  27. Плевков, В.С. Оценка прочности и трещиностойкости железобетонных конструкций по российским и зарубежным нормам / В.С. Плевков, А.П. Малиновский, И.В. Балдин // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2013. – № 2. – С. 144–153.

______________________________

VASILII S. PLEVKOV, DSc, Professor,

pvs@tomsksep.ru

IGOR V. BALDIN, PhD, A/Professor,

biwem@yandex.ru

KONSTANTIN L. KUDYAKOV, Research Assistant,

konst_k@mail.ru

ANREI V. NEVSKII, Research Assistant,

lokop888@gmail.com

Tomsk State University of Architecture and Building,

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

STRENGTH AND DEFORMABILITY OF POLYMER COMPOSITES UNDER TENSILE AND COMPRESSIVE LOADS

The paper presents the investigation results on mechanical-and-physical properties of po­lymeric composites used for reinforcement. The values of the main strength and deformation properties are experimentally obtained for glass fiber-reinforced (GFRP) and carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) under static axial tensile and compressive loads. The alkaline medium resistance of GFRP and CFRP bars is estimated in this paper. The deformation diagram is constructed for GFRP and CFRP bars under the static loads. The estimated coefficients are suggested for the dynamic strengthening of reinforcement under the dynamic load.

Keywords: polymer composite reinforcement; glass fiber-reinforced polymer; carbon fiber-reinforced polymer; strength; deformability; corrosion resistance; deformation diagram; dynamic strengthening; static loads; dynamic loads.

References

  1. Ptukhina I.S., Dalabaev A.S., Turkebaev A.B., Tleukhanov D.S. Effektivnost' ispol'zovaniya innovatsionnykh kompozitnykh materialov v stroitel'stve [Efficiency of innovative composite materials in construction]. Construction of Unique Buildings and Structures. 2014. No. 9. Pp. 84–96. (rus)
  2. Teplova Zh.S., Kiski S.S., Strizhkova Ya.N. Stekloplastikovaya armatura dlya armirovaniya betonnykh konstruktsiy [Fiberglаss reinfоrсement fоr соnсrete struсture reinforcement]. Construction of Unique Buildings and Structures. 2014. No. 9. Pp. 49–70. (rus)
  3. Klimov Yu.A., Soldatchenko A.S., Vitkovskiy Yu.A. Eksperimental'nye issledovaniya kompozitnoy armatury na osnove bazal'tovogo i steklyannogo rovinga dlya armirovaniya betonnykh konstruktsiy [Experimental study of composite reinforcement based on basalt and glass roving for concrete structure reinforcement]. Beton i zhelezobeton. Oborudovanie. Materialy. Tekhnologii. 2012. No. 2. Pp. 106–109. (rus)
  4. Makusheva N.Yu., Kolosova N.B. Sravnitel'nyy analiz metallicheskoy armatury i armatury iz kompozitnykh materialov [Comparative analysis of metal and fibre-reinforcement]. Construction of Unique Buildings and Structures. 2014. No. 10. Pp. 60–72. (rus)
  5. Gabrusenko V.V. Ob osobennostyakh proektirovaniya konstruktsiy iz betona s kompozitnoy armaturoy [Design of concrete structures with composite rebar]. Steny i fasady. 2013. No. 2. Pp. 45–48. (rus)
  6. Stepanova V.F., Stepanov A.Yu., Zhirkov E.P. Armatura kompozitnaya polimernaya [Polymer composite reinforcement]. Moscow: ASV Publ., 2013. 200 p. (rus)
  7. Frolov N.P. Stekloplastikovaya armatura i stekloplastbetonnye konstruktsii [GFRP reinforcement and structures]. Moscow: Stroyizdat Publ., 1980. 104 p. (rus)
  8. Nevsky A.V., Baldin I.V., Kudyakov K.L. Strength and deformability of compressed concrete elements with various types of non-metallic fiber and rods reinforcement under static loading. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2015. V. 71. DOI:10.1088/1757-899X/71/1/012037.
  9. Urbanskia M., Lapkob A., Garbaczc A. Investigation on concrete beams reinforced with basalt rebars as an effective alternative of conventional RC structures. Procedia Engineering. 2013. V. 57. Pp. 1183–1191. DOI: 10.1016/j.
  10. Kudyakov K.L., Plevkov V.S., Nevsky A.V. Strength and deformability of concrete beams reinforced by non-metallic fiber and composite rebar. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2015. V. 71. DOI:10.1088/1757-899X/71/1/012030.
  11. Balaguru P., Nanni A., Giancaspro J. FRP composites for reinforced and prestressed concrete structures. A guide to fundamentals and design for repair and retrofit. CRC Press. 2008. 336 p.
  12. Lapshinov A.E. Perspektivy primeneniya nemetallicheskoy kompozitnoy armatury v kachestve rabochey nenapryagaemoy v szhatykh elementakh [Prospective use of non-metallic FRP reinforcement in compressed elements]. Scientific and Technical Journal on Construction and Architecture. 2015. No. 10. Pp. 96–105. (rus)
  13. Blaznov A.N., Savin V.F., Volkov Yu.P., Tikhonov V.B. Issledovanie prochnosti i ustoychivosti odnonapravlennykh stekloplastikovykh sterzhney pri osevom szhatii [Research of strength and stability of unidirectional fiberglass rods under axial compression]. Journal on Composite Mechanics and Design. 2007. No. 3. Pp. 426–440. (rus)
  14. Rozental', N.K., Chekhniy G.V., Bel'nik A.R., Zhilkin A.P. Korrozionnaya stoykost' polimernykh kompozitov v shchelochnoy srede betona [The corrosion resistance of polymer composites in the alkaline environment of concrete]. Beton i zhelezobeton. 2002. No. 3. Pp. 20–23. (rus)
  15. Glass fiber reinforced polymer rebar. Technical brochure. Hughes Brothers Ltd. 1997. 15 p.
  16. Ramm W. Report concerning the tests regard to the alkaline consistency of an anchoring of plastic reinforced with glass fiber concerning three-wythed facade panels according to the DEHA-TM system. Technical report. 1992. 32 p.
  17. Ramm W. Report concerning tests regarding the alkaline durability of an anchoring system out of reinforced glass fiber plastic for three-layered facade panels according to the DEHA-TM system. Technical report. 1993. 43 p.
  18. Ray B.C., Rathorea D. A Review on mechanical behavior of FRP composites at different loading speeds. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2015. V. 40. Pp. 119–135. DOI: 10.1080/10408436.2014.940443
  19. Ocholaa R. ., Marcusa K., Nurickb G.N., Franzc T. Mechanical behavior of glass and carbon fiber reinforced composites at varying strain rates. Composite Structures. 2004. V. 63. Pp. 455–467. DOI: 10.1016/S0263-8223 (03) 00194-6.
  20. Tarek M.F.E. Prochnost' prednapryazhennykh izgibaemykh balochnykh elementov, armirovannykh stekloplastikovoi armaturoi, pri deistvii kratkovremennykh dinamicheskikh nagruzok: dis. … kand. tekhn. nauk [Strength of prestressed tensile beam elements reinforced with fiberglass under dynamic loads. PhD Thesis]. Moscow: Kuibyshev Institute of Civil Engineering, 1992. 135 p. (rus)
  21. Popov N.N., Rastorguev B.S., Zabegaev A.B. Raschet konstruktsii na dinamicheskie i spetsial'nye nagruzki [Structural analysis under dynamic and specific loads]. Moscow: Vysshaya Shkola Publ., 1992. 319 p. (rus)
  22. Plevkov V.S. Dinamicheskaya prochnost' betona i armatury zhelezobetonnykh konstruktsii [Dynamic strength of concrete and rebar of reinforced concrete structures]. Tomsk: TsNTI Publ., 1996. 65 p. (rus)
  23. Kumpyak O.G., Galyautdinov Z.R., Kokorin D.N. Prochnost' i deformativnost' zhelezobetonnykh konstruktsii na podatlivykh oporakh pri kratkovremennom dinamicheskom nagruzhenii [Strength and deformability of reinforced concrete structures on compliant supports under dynamic loads]. Tomsk: TSUAB Publ., 2016. 277 p. (rus)
  24. Kumpyak O.G., Plevkov V.S., Kopanitsa D.G., Baldin I.V. Nekotorye voprosy dinamiki zhelezobetona [Some questions of concrete dynamics]. Vestnik TSUAB. 2000. No. 1. Pp. 124–136. (rus)
  25. Plevkov V.S., Kolupaeva S.N., Kudyakov K.L. Raschetnye diagrammy nelineynogo deformirovaniya bazal'tofibrobetona pri staticheskikh i kratkovremennykh dinamicheskikh vozdeystviyakh [Calculating diagrams of nonlinear deformation of basalt fiber concrete under static and dynamic loads]. Vestnik TSUAB. 2016. No. 3. Pp. 95–110. (rus)
  26. Plevkov V.S., Belov V.V., Baldin I.V., Nevskii A.V. Modeli nelineynogo deformirovaniya uglerodofibrobetona pri staticheskom i kratkovremennom dinamicheskom vozdeystviyakh [Models of nonlinear strain of carbon fibre-reinforced concrete under static and dynamic loads]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov. 2016. No. 3 (56). Pp. 72–82. (rus)
  27. Plevkov V.S., Malinovskiy A.P., Baldin I.V. Otsenka prochnosti i treshchinostoykosti zhelezobetonnykh konstruktsiy po rossiyskim i zarubezhnym normam [Evaluation of strength and crack resistance of reinforced concrete structures according to Russian and International standards]. Vestnik TSUAB. 2013. No. 2. Pp. 144–153. (rus)

Статья | (658 Кб)