Схема внешнего армирования на несущую способность колонн

Выполненная работа посвящена исследованию внешнего усиления железобетонных колонн композиционными материалами на основе углеволокон.
Усиление железобетонных колонн зданий с целью повышения несущей способности обычно производится в случае предполагаемого увеличения нагрузки на несущие конструкции, повышения их жесткости, восприятия дополнительного изгибающего момента или для защиты от землетрясений.
Невысокая степень распространения в России метода внешнего усиления на основе композиционных материалов обусловлена, в первую очередь, отсутствием нормативной регулирующей базы. При этом проблема заключается именно в отсутствии нормативной документации (по проектированию, расчету, проверке качества выполненных работ), а не в качестве самих материалов.
Правильный, обоснованный выбор материалов для усиления - это еще новый, окончательно не сформировавшийся процесс, не имеющий стройной и глубокой научной основы. Можно говорить только об отдельных, выявленных определенными авторами результатах.
Специалистами ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко и НИИЖБ разработана и реализована комплексная программа экспериментально-теоретических исследований железобетонных колонн с сечением 250х250 мм и высотой 850 мм, усиленных элементами внешнего армирования из углеволокна [36]. Рассмотренные колонны являются короткими и редко применяются в практике проектирования.
В связи с этим была поставлена задача - разработать концепцию моделирования внешнего армировании колонн и оценить влияние различных схем внешнего армирования на несущую способность колонн.
В работе на основе метода конечных элементов моделировалась сетка монолитных железобетонных колонн 400х400 мм с шагом 6 м в двух направлениях с двумя пролетами. Высота колонн 3 м. Принятая схема позволила рассмотреть наиболее распространенные варианты работы колонн.
Получены зависимости поперечных и продольных деформаций колонн для центрально-сжатых и внецентренно-сжатых колонн. Полученные результаты не противоречат имеющимся представлениям по характеру напряженно-деформированного состояния колонн с внешним армированием.
Также в работе оценена несущая способность колонн с различными схемами внешнего армирования. Рассмотрены колонны квадратные обернутые по всей длине холстом углеволокна, обернутые полосами шириной 300 мм и расстоянием между ними 150 мм, обернутые полосами шириной 200 мм с расстоянием между ними 200 мм и аналогичные схемы внешнего армирования круглых колонн с эквивалентной площадью поперечного сечения.
Результатами работы являются следующие выводы:
1. Разработана модель внешнего армирования колонн на основе трехмерных твердых тел, заключающаяся в моделировании холста оболочечными элементами, а тела колонн - стержневыми элементами с трехмерными твердыми телами. Выявлено, что данная схема работает некорректно, так как в колоннах при возникновении вертикальных перемещений отсутствуют радиальные перемещения, что свидетельствует о том, что в колоннах не учитываются упругие свойства материала.
2. Разработана модель внешнего армирования колонн композиционными материалами на основе углеродных волокон с использованием оболочечных элементов для моделирования холстов и объемных элементов - колонн. Анализ данной модели показал, что полученные результаты соответствуют имеющимся представлениям о характере напряженно-деформированного состояния колонн с внешним армированием.
3. На основе построенных зависимостей продольных и поперечных перемещений от загружений для рассмотренных схем внешнего армирования, показано, что обойма с толщиной композиционного материала 2 мм, оказывает сопротивление как изгибающему моменту, так и сжимающей нагрузке.
4. Показано, что самым неэффективным усилением по несущей способности, является внешнее армирование квадратной колонны обручами не зависимо от толщины композиционного материала. В случае усиления квадратных или прямоугольных колонн имеет смысл только полное оборачивание колонны композиционным материалом. Увеличение толщины композиционного материала при полной обертке квадратных колонн в два раза ведет к увеличению несущей способности также в два раза.
5. Показано, что самым эффективным является внешнее армирование круглых колонн. В круглой колонне увеличение толщины композиционного материала в два раза ведет к увеличению несущей способности колонны почти в два раза вне зависимости от схемы армирования.
6. Предложено для усиления квадратных или прямоугольных колонн использовать только полное оборачивание колонны композиционным материалом. В зависимости от того на сколько необходимо увеличить несущую способность колонны, нужно выбирать толщину и жесткость композиционного материала.
7. Показано, что при увеличении несущей способности круглых колонн необходимо оптимально подбирать не только толщину и жесткость композиционного материала, но и схему расположения обойм по длине колонны.



Купить