Применение фиброармированного пластика в дорожном строительстве для усиления конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

СГТУ имени Гагарина Ю.А.

Применение фиброармированного пластика в дорожном стротельстве для усиления конструкций

Сидорова А.Ю., Овчинников И.Г.

Саратов, Россия

Аннотация

На современном рынке строительных материалов с каждым годом появляется все больше совершенно новых или усовершенствованных материалов и технологий производства. К ним относятся композитные материалы, которые начали применять в строительстве сравнительно недавно и еще не успели до конца изучить все свойства, преимущества и недостатки. В этой статье рассматривается фиброармированный пластик, применяемый в строительной индустрии, и расчет по прочности сечений изгибаемых элементов, усиливаемых фибропласти- ком. Приведено экономическое сравнение двух способов внешнего армирования моста. Так же, рассмотрены два проекта по реконструкции элементов искусственных сооружений на территории Российской Федерации.

Ключевые слова: фиброармированный пластик, фибропласгик, армирование.

Abstract

Sidorova A. U., Ovchinnikov I. G. SSTU behalf Уші Gagarin, Saratov, Russian Federation

THE USE OF FIDER-REINFORCED PLASTIC IN ROAD BUILDING FOR CONSTRUCTION ENHANCE

In contemporary market of construction materials each year increase number of completely new or improved materials and production technologies. These include composite materials, which began to be used in the construction of relatively recently and have not yet fully understood all of the properties, advantages and disadvantages. This article focuses on fiber-reinforced plastics used in the construction industry, and calculation of the strength of the cross sections of bent elements amplified fibro- reinforced plastic. Also, two projects were considered for the reconstruction of the elements of artificial structures on the territory of the Russian Federation.

Keywords: fiber-reinforced plastic, fibroplastik, reinforcement.

Внешнее армирование фиброармированными пластиками. Усиление искусственных сооружений на автомобильных и железных дорогах методом внешнего армирования композиционными фиброармированными пластиками (ФАП) применяется в России с конца 90-х годов.

Применение этого метода позволяет продлить срок эксплуатации объектов, повысить несущую способность конструкций при увеличении проектных нагрузок, восстановить работоспособность аварийных конструкций, устранить повреждения бетона и коррозию арматуры в результате длительного воздействия природных факторов и агрессивных сред в процессе эксплуатации.

К отрицательным качествам фибропластиков можно отнести их цену, которая в несколько раз выше цен стали и бетона. Однако, если просчитать стоимость всего жизненного цикла конструкции, то выясняется, что она повышается весьма несущественно.

В 2006 году компания «ИнтерАква» совместно с НИИЖБ провела анализ стоимости внешнего усиления пролётных строений одного среднестатистического моста (таблица 1) традиционным методом (листы и арматура из стали) и с применением композитных материалов (фиброармированный пластик) [10].

Во многих случаях применение композитного материала положительно повлияло на стоимость строительства за счёт: снижения сроков производства работ, возможности работы без вывода сооружения из эксплуатации, отсутствия затрат на аренду специальной строительной техники для монтажа, увеличения долговечности (коррозийная стойкость) сооружения и соответственно межремонтного периода.

Таблиця. Стоимость усиления моста двумя методами.

Главную роль в принятии решения об усилении искусственных сооружений композитными материалами играет диагностика и анализ напряженно-деформированного состояния конструкции. В ходе диагностики определяется характер повреждений конструкций, фактическая прочность бетона. Система усиления на основе ФАП предназначена на восприятие растягивающих усилий с учётом совместимости деформаций внешней арматуры и бетона конструкций.

2. Расчет элементов, усиливаемых ФАП. Расчет по прочности сечений изгибаемых элементов, усиливаемых ФАП, производят из общего условия:

М < Mult

Для сечения, симметричного относительно плоскости действия момента и дополнительном армировании композитными материалами, расположенном на грани элемента расчётное условие прочности определяется по формуле:

М < оjSf + RsSs + RscSsc

где Gf - напряжение во внешней арматуре из ФАП;

Sf - момент сопротивления внешней арматуры;

Rs -- расчётное сопротивление растянутой стальной арматуры;

Ss - момент сопротивления растянутой стальной арматуры;

Rsc -- расчётное сопротивление сжатой стальной арматуры.

Ssc - момент сопротивления сжатой стальной арматуры.

Высота сжатой зоны X при разрушении усиленного сечения по арматуре и ФАП определяется из выражения:

X = (RfuAf+ RsAs- RscAsc) / Rb b

где Rfu - расчётное сопротивление внешней арматуры из ФАП;

А/ -- площадь внешней арматуры из ФАП;

As - площадь стальной арматуры;

Rb -- расчётное сопротивление бетона; b - ширина сечения конструкции.

Тогда предельный изгибающий Mult определяется по формуле:

Mult = AfRfu (h- 0,5х) + AsRs (hb - 0,5х) + A rsRsit (0,5х- а)

В строительстве развитых стран в последние годы все большее применение находят фибропластики. Из таких пластиков изготавливаются листы, текстильные материалы с предварительной пропиткой, проволока, стержни, канаты, решетки, пряди, гладкая и рифленая арматура, каркасы и оболочки, а также изделия, получаемые методом экструзии. Эти виды композиционных материалов в основном используют в новом строительстве [1, 2, 3].

В отличие от стали и бетона фибропластики анизотропны: в зависимости от ориентации волокон могут производиться материалы с однонаправленными и би- направленными свойствами, а также квазиизотропные материалы.

Достижения Японии заключаются в применении фибропластиковых конструкций. Углеродное и арамидное волокно, входящее в состав материала, изготавливается в широком диапазоне диаметров. Опытные конструкции в виде балок японцы применяют в возведении небольших пешеходных мостов, а также автомобильных дорог. Зданиям, нуждающимся в монолитном каркасе, дополнительно проводят укрепление несущих конструкций лентами, в которых поперечные углеродные нити создают неразрывный каркас. фиброармированный пластик строительный мост

Германия заинтересовалась новыми технологиями и внедрила альтернативные химические соединения. Алюмоборосиликатное стекловолокно хорошо зарекомендовало себя при применение композитных материалов «Полисталь» для возведения мостов.

Россия расширила производство неметаллического армирующего материала с использованием волокон из базальта и стеклоровинга. Меньшая стоимость и простота изготовления постоянно увеличивает объем выпуска. Так же в нашей стране уже начали успешно применять фибропластиковые плиты для строительства пешеходных мостов и фиброармированные пластики для внешнего усиления пешеходных и автомобильных (железнодорожных) мостов.

Система может быть использована при ремонте и реконструкции мостов, причальных сооружений, тоннелей, резервуаров, промышленных, общественных и жилых зданий. Основные элементы для укрепления: балки, колонны, плиты перекрытий (рис.1).

Рис.1. Усиление железобетонных элементов.

Примеры усиления конструкций пролетных строений мостов в России.

1) Усиление системой внешнего армирования автомобильного моста в посёлке Татищево в 2010 году (таблица 2).

Габариты моста: длина - 15,65м; ширина - 8,29м. Год постройки - 1950; Ограничение временной нагрузки - 20т. (рис. 2).

Дефекты: арматура подвержена коррозии, дополнительный слой дорожной одежды создает нагрузку больше проектной, частично разрушен бетон с раскрытием рабочей арматуры, продольные трещины, недостаточная несущая способность из-за повреждений конструкций и несоответствие новым нормативным нагрузкам.

Рис.2. Реконструкция моста в п.Татищево.

Таблица 2 Сравнение себестоимости двух видов усиления моста в п. Татищево.

2) Усиление системой внешнего армирования железнодорожного моста на подъездном пути в городе Соликамске в 2008 году (таблица 3). Год постройки - 1983 (Рис.З)

Фактическое состояние конструкции в целом не критичное. Но с учётом увеличения потока проходящих поездов и возрастающей нагрузки на мост, усиление элементов моста было необходимо.

Рис.З Реконструкция моста в г.Соликамске

Таблица 3 Сравнение себестоимости двух видов усиления моста в г. Соликамске.

Мосты - это большие перспективы для композитных материалов.

Износ плиты проезжей части - одна из наиболее распространенных проблем мостостроения. Бетонные опоры моста изнашивается быстрее, чем любой другой элемент из-за прямого воздействия окружающей среды. Вследствие чего, образуются трещины, расслоение и разрушение несущих конструкций из-за коррозии металлических элементов в составе искусственных сооружений. Это одна из основных проблем, с которой столкнулась строительная отрасль.

Для того чтобы справиться с проблемами, связанными с коррозией стальной арматуры, необходимо защитить её от воздействия окружающей среды и реагентов или заменить на альтернативные коррозионностойкие материалы.

Одна из таких альтернатив -- фиброармированный пластик. Фиброармированный пластик - высокопрочный, линейно упругий композитный материал, состоящий из полимерной матрицы и волокон, сочетание которых придает этому материалу определенные свойства. К наиболее распространенным волокнам, используемым в фибропластиках, относятся углеродное, арамидное и стеклянное волокно. Для создания матрицы обычно применяют полиэфирные и эпоксидные смолы, виниловые эфиры, фенолформальдегидные смолы. Волокна принимают на себя действующие на материал нагрузки и характеризуются небольшой массой, высокой прочностью и жесткостью. Матрица соединяет волокна между собой, защищает их от различных воздействий и распределяет напряжения между волокнами [4, 5].

Заключение

В современном строительстве активно применяются новые технологии и материалы, некоторые из них уже успешно используются за рубежом и даже успели себя зарекомендовать с положительной стороны. В их число вошел фиброармированный пластик. Установлено, что его применение для армирования бетонных конструкций целесообразно, за исключением нескольких видов особо нагруженных конструкций, в которых необходимо существенное уменьшение существующего шага между арматурой и сохранение площади сечения растянутых стержней. Отечественные инженеры задумываются о том, что этот материал является весьма перспективным и постепенно начинают внедрять его в строительство искусственных сооружений, так же привлекает экономическая выгода при строительстве и реконструкции с применением композитных материалов. Но так как фиброармированный пластик начали применять совсем недавно, необходимо и дальше проводить испытания и более подробно изучать его свойства, чтобы избежать непредвиденных обстоятельств.

Список использованных источников и литературы

1. Бокарев С. А., Смердов Д. Н. Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных элементов, усиленных КМ // Известия Вузов. Стр-во. 2010, №2, с. 112-124.

2. Мостовые конструкции из композитов / А. Е. Ушаков, Ю. Г. Кленин, Т. Г.Сорина, А. X. Хайретдинов, А. А. Сафонов // "Композиты и наноструктуры. Июль - сентябрь 2009.

3. Овчинников И. Г., Валиев Ш. Н., Овчинников И. И., Зиновьев В. С., Уми- ров А. Д. Вопросы усиления железобетонных конструкций композитами: 1. Экспериментальные исследования особенностей усиления композитами изгибаемых железобетонных конструкций // Интернет-журнал «Науковедение» 2012, №4

4. Овчинников И. Г., Валиев Ш. Н., Овчинников И. И., Зиновьев В. С., Уми- ров А. Д. Вопросы усиления железобетонных конструкций композитами: 2. Натурные исследования усиления железобетонных конструкций композитами, возникающие проблемы и пути их решения // Интернет-журнал «Науковедение» 2012, №4

5. Овчинников И. И., Овчинников И. Г., Чесноков Г. В., Шадрина О. В. Применение заполненных бетоном трубчатых конструкций из фиброармированных пластиков в транспортном строительстве: Часть 1. Исследование применимости фибропластиков для создания арочной мостовой конструкции // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №4 (2014)

6. Овчинников И. И., Овчинников И. Г., Чесноков Г. В., Феоктистов С. А. Применение заполненных бетоном трубчатых конструкций из фиброармированных пластиков в транспортном строительстве: Часть 2. Отечественные исследования заполненных бетоном фибропластиковых арок и технология сооружения мостов с применением фибропластиковых арок // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №4 (2014)

7. Уманский А. М., Беккер А. Т. Перспективы применения композитной арматуры //Вестник инженерной школы ДВФУ. 2012, №2 (11) с. 7-13.

8. ПТилин А. А., Пшеничный В. А., Картузов Д. В. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. М.: Стройиздат. 2004. 139 с.

9. ПТилин А. А., Пшеничный В. А., Картузов Д. В. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. М. Стройиз- дат.2007. 179 с.

Размещено на Allbest.ru