The article discusses strengthening bridges using composite materials at extreme low temperatures. Provides the results some experimental studies FRP strengthened concrete samples at low temperatures

Смолина, М. В.

Хрюкин, А. А.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XIV ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 47  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 25-28 ɚɩɪеɥя 2017 ɝ. Ɍɨɦ 6. ɋɬɪɨиɬеɥьɫɬɜɨ и ɚɪхиɬеɤɬɭɪɚ    МОНИТОРИНГ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТА, УСИЛЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫМИ КОМПОЗИТАМИ А.А. Хрюкин, М.В. Смолина Научный руководитель: старший преподаватель М. В. Смолина Северо-Восточный федеральный университет,  Россия, г. Якутск, ул. Белинского, 58, 677000 E-mail: hr-art@mail.ru  MONITORING OF CFRP-STRENGTHENED REINFORCED CONCRETE BRIDGE SPANS IN LOW TEMPERATURE CONDITIONS A.A. Khryukin, M.V. Smolina Scientific Supervisor: Senior lecturer M.V. Smolina North-Eastern Federal University, Russia, Yakutsk, Belinsky str., 58, 677000 E-mail: hr-art@mail.ru  Abstract. The article discusses strengthening bridges using composite materials at extreme low temperatures. Provides the results some experimental studies FRP strengthened concrete samples at low temperatures.  Введение. В настоящее время для усиления железобетонных мостов широко используются композитные материалы. Современная технология усиления железобетонных конструкций композитными материалами имеет распространение, как за рубежом, так и в Российской Федерации. Однако, применимость технологии в условиях экстремально низких температур, ранее не была достаточно глубоко изучена и в практике усиления железобетонных конструкций мостовых сооружений композитными материалами нет достоверных данных о работе данной технологии в условиях экстремально низких температур. I-я дорожно-климатическая зона, на которой расположена большая площадь Республики Саха (Якутия), характеризуется суровыми климатическими условиями. В республике «хорошее» техническое состояние имеют лишь 9 % железобетонных мостов, запроектированные на нагрузки, которые не соответствует современным требованиям (АК-14, НК-14) [1]. Принимая во внимание данный факт, а также учитывая суровые климатические условия эксплуатации мостов Якутии, актуальным вопросом является изучение технологии усиления композитными материалами в условиях экстремально низких температур. Целью работы является изучение и совершенствование технологии усиления железобетонных конструкций композитными материалами и ее адаптация к условиям низких температур. Материалы и методы исследования. В рамках исследования ведется мониторинг действительной работы системы усиления композитными материалами на мосту через р. Протока, включающий в себя изучение физического и напряженно-деформированного состояния пролетных строений, обследования сооружения, анализ изменения грузоподъемности моста, инструментальные измерения и проверку внешнего вида системы усиления. XIV ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 48  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 25-28 ɚɩɪеɥя 2017 ɝ. Ɍɨɦ 6. ɋɬɪɨиɬеɥьɫɬɜɨ и ɚɪхиɬеɤɬɭɪɚ    Результаты экспериментальных исследований эффективности усиления образцов при действии отрицательных температур, проведенных в «РОСДОРНИИ» в 2011 году показали, что морозостойкость системы усиления такая, что применение усиления с использованием тканей с углеродными волокнами возможно в строительно-климатических районах от II до V [2]. Следует отметить, что область применения технологии усиления с использованием лент и холстов ограничена по характеристикам клеевого состава, используемого для приклеивания композитного материала на усиливаемую конструкцию, а именно: на территориях с минимальной среднесуточной температурой воздуха наиболее холодных суток (в зимний период) с обеспеченностью 0,95 не ниже -40 ºС [3]. Среднее значение данного показателя по районам Якутии составляет -60,2 ºС. [4] Для районов с суровым климатом возможность применения наклеиваемых холстов должна быть подтверждена опытными работами.  Подобные эксперименты проводились в СГУПС совместно с СВФУ, под руководством проректора СГУПС по научной работе С.А. Бокарева, д.т.н., профессора. Результаты этих экспериментов показали, что прочность усиленных образцов после 12 циклов попеременного замораживания и оттаивания не изменилась. [3] К этим же выводам приходят исследователи P. Burke, L.A. Bisby, M.F. Green Университета Куинс в Канаде, утверждающие, что нет каких-либо заметных негативных последствий от воздействия низкой температуры на производительность усиления углепластиком железобетонных плит с использованием либо эпоксидных, либо цементных адгезивных составов [5]. Однако, следует обратить внимание на то, что в исследовании «РОСДОРНИИ» и экспериментах Канадских ученых температура замораживания образцов составляла не ниже -36 ºС и -28 ºС соответственно. В исследовании СГУПС и СВФУ использовались железобетонные балки размерами 1550х120х220 мм, которые были подвергнуты циклам замораживания и оттаивания в климатической камере с замораживанием до -50 °С в соответствии с методикой определения морозостойкости бетонных образцов размерами 100х100х100 мм по ГОСТ 10060.2-95. Такой метод ускоренных климатических испытаний определяет характеристику морозостойкости бетонных образцов, но не позволяет получить достаточно данных для полного представления модели работы железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами, эксплуатируемых в суровых климатических условиях. Также температура замораживания образцов, в упомянутых экспериментах, не охватывает температурный режим эксплуатации мостовых сооружений в I-й дорожно-климатической зоне, в частности Якутии. Следует отметить, что во всех приведенных выше экспериментах разрушение усиленных образцов происходило вследствие отслоения композитного материала с разрушением защитного слоя бетона рабочей арматуры. С этим явлением столкнулись и ученые Мичиганского университета США при изучении усиленных углепластиковыми композитами образцов при действии низких температур. Их результаты показывают, что чем большим количеством циклов замораживания и оттаивания подвергаются усиленные образцы, тем больше возникает усталостных напряжений в зоне контакта клей-бетон, что способствует трещинообразованию [6]. Мониторинг опытной конструкции, усиленной композитными материалами на основе углеволокна, производился в течение четырех лет. Район расположения объекта находится в центральной части Республики Саха (Якутия) на территории микрорайона Кангалассы ГО «Город Якутск» на 11+079 км автомобильной дороги «Подъезд к п. Кангалассы». Местность характеризуется суровыми климатическими условиями, характерными для I дорожно-климатической зоны. Средняя XIV ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 49  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 25-28 ɚɩɪеɥя 2017 ɝ. Ɍɨɦ 6. ɋɬɪɨиɬеɥьɫɬɜɨ и ɚɪхиɬеɤɬɭɪɚ    температура наиболее холодной пятидневки составляет -55 °С, среднегодовая температура воздуха -10,3 °С, средняя температура января составляет -40 °C, абсолютный минимум температуры воздуха -64°С [2]. Мост имеет железобетонные тавровые пролетные строения длиной 15 м, усиленные путем наклейки на боковые поверхности по низу ребер лент FibARM Tape-230/300 и ламинатов Sika Carbodur S1012. Во время мониторинга многократно проводились обследования моста согласно ОДМ 218.3.014-2011. В 2016 году по данным проведенного обследования произведена оценка напряженно-деформированного состояния (НДС) пролетных строений моста на 4-й год эксплуатации после усиления. Расчет выполнен с учетом изменения НДС, вызванного включением полимерных композитных материалов (ПКМ) в совместную работу с основным материалом пролетного строения. Результаты расчетов, выполненных по методике рекомендованной производителем использованных композитных материалов, составили следующие значения: предельный изгибающий момент — 3548,24 кНм, предельная поперечная сила — 6873,52 кН. По сравнению с данными несущей способности до усиления, прирост по поперечной силе и изгибающему моменту составил 8,08 и 1,4 раза соответственно [1]. Заключение. Применение технологии усиления композитными материалами в суровых условиях Крайнего Севера, в том числе Якутии, позволит обеспечить достаточный уровень надежности и безопасности эксплуатации мостовых сооружений. Однако изученность вопроса использования систем усиления композитными материалами в условиях экстремально низких температур не дает достаточных данных об эффективности их работы, поскольку существующие методики расчета усиленных конструкций не учитывают такие эффекты как нелинейность деформирования и неодинаковость работы железобетона на растяжение и сжатие. В рамках работы предстоит провести дополнительные исследования в этой области.  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Хрюкин А.А., Смолина М.В. Оценка напряженно-деформированного состояния пролетных строений моста, усиленного композитными материалами // Наука и образование. – Якутск: Изд-во Академия наук Республики Саха (Якутия). – 2016. – Т.84. – №4. – С. 100–105. 2. Исследование возможности и области рационального применения гибких лент и тканей из композиционных материалов при ремонте железобетонных конструкций мостовых сооружений с разработкой ОДМ. – М: ФГУП «РОСДОРНИИ», 2011. – 40 с. 3. Изучение свойств полимерных композитных материалов, применяемых для ремонта пролетных строений железобетонных мостов через р. Протока на а/д «Подъезд к п. Кангалассы», и через р. Камалас-Юрях на а/д «Нам». – Якутск: ФГУП «РОСДОРНИИ», 2013. – 70 с. 4. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. - М.: Мин-регион России, 2012. - 264 с. 5. Burke P.J., Bisby L.A., Green M.F. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.aslanfrp.com/Resources/NSM%20systems%20with%20elevated%20temp-BISBY.pdf. – 25.04.08. 6. Naaman A., Mar Lopez d. M., Pinkerton L. Repair and strengthening of reinforced concrete beams using CFRP laminates. Vol. 5. –  Ann Arbor: Michigan University, 1999 - 53 p. 

Monitoring of cfrp-strengthened reinforced concrete bridge spans in low temperature conditions

http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/45303/1/conference_tpu-2017-C21_V6_p47-49.pdf

Monitoring of cfrp-strengthened reinforced concrete bridge spans in low temperature conditions

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University