Особенности напряженного состояния композитной арматуры при испытаниях на разрыв

Цель работы – установление особенностей напряженного состояния композитной строительной арматуры при испытаниях на разрыв, обусловленных погрешностями центрирования композитного стержня при его установке в анкерных муфтах. Составлена расчетная схема и соответствующее ей дифференциальное уравнение, описывающее напряженно-деформированное состояние стержня. Получены аналитические зависимости для определения изгибающего момента и вызванных им напряжений. Произведена расчетная оценка напряжений изгиба в сравнении с номинальными напряжениями растяжения стержня. Показано, что напряжения изгиба неравномерно распределены по длине стержня и достигают наибольших значений вблизи торцов испытательных муфт. Напряжения изгиба увеличиваются пропорционально эксцентриситету монтажа стержня в испытательных анкерных муфтах и снижаются с увеличением длины рабочей части стержня. На примере стеклопластиковой арматуры номинальным диаметром 6 мм, изготовленной в соответствии со СТБ 1103–98, произведена расчетная оценка этих напряжений для широкого диапазона изменения эксцентриситета расположения композитного стержня в анкерных муфтах и длины рабочей части образца для испытаний. Показано, что применение коротких образцов должно сопровождаться повышением точности центрирования стержня в испытательных анкерных муфтах. Предложена удобная для инженерных расчетов методика определения напряжений изгиба и полных напряжений в композитном стержне. Результаты исследований могут быть использованы в инженерной практике и в учебном процессе при подготовке специалистов строительного и химико-технологического профиля.

1. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP bars: ACI 440.1R–06. Detroit: American Concrete Institute (ACI), 2006. 44 р.

2. Design and Construction of Building Components with Fibre-Reinforced Polymers: CAN/CSA-S806-02 (R2007). Canadian Standards Association, 2012. 206 p.

3. Fibre-Reinforced Polymer Composite Bars for the Structural Concrete Slabs of a Public Works and Government Services Canada Parking Garage / В. Benmokrane [et al.] // Canadian Journal of Civil Engineering. 2004. P. 732–748.

4. Recommendation for Design and Construction of Concrete Structures Using Continuous Fiber Reinforcing Materials / Japan Society of Civil Engineers (JSCE) // Tokyo: JSCE, 1997. 199 р. (Concrete Engineering, Series 23).

5. Experimental Investigation for Tensile Performance of FFRP-Steel Hybridized Rebar / D. W. Seo [et al.] // Advances in Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 2016. Article ID 9401427. https://doi.org/10.1155/2016/9401427.

6. Development of Ductile Composite Reinforcement Bars for Concrete Structures / Yihua Cui [et al.] // Materials and Structures. 2008. Vol. 41, Nо 9. P. 1509–1518. https://doi.org/10.1617/s11527-007-9344-8.

7. Guide for the Design and Construction of Concrete Structures Reinforced with Fiber-Reinforced Polymer Bars: CNR-DT 203/2006. Rome: Italian National Research Council (CNR), 2006. 35 р.

8. Jarek, B. Zastosowanie Prętόw Zbrojeniowych z Włόkna Szklanego (GFRP) w Budownictwie / B. Jarek, A. Kubik // Przegląd budowlany. 2015. Nо 12. Р. 21–26.

9. Carvelli, V. Anchor System for Tension Testing of Large Diameter GFRP Bars / V. Carvelli, G. Fava, M. Pisani // Journal of Composites for Construction. 2009. Vol. 13, Nо 5. P. 344–349. https://doi.org/10.1061/(asce)cc.1943-5614.0000027.

10. Castro, P. F. Tensile and Nondestructive Testing of FRP bars / P. F. Castro, N. J. Carino // Journal of Composites for Construction. 1998. Vol. 2, Nо 1. Р. 17–27. https://doi.org/10.1061/(asce)1090-0268(1998)2:1(17).

11. Особенности испытаний и характер разрушения полимеркомпозитной арматуры / А. Р. Гидзатулин [и др.] // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 3. C. 40–47.

12. Садин, Э. Я. Анкеровка в бетоне стеклопластиковой арматуры, производимой в Республике Беларусь / Э. Я. Садин // Архитектура и строительство. 2016. № 3. C. 68–71.

13. Барсуков, В. Г. Модернизация испытательных систем для испытания на разрыв композитной строительной арматуры / В. Г. Барсуков, Э. Г. Гнядек, А. Ю. Носко // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 6. Тэхнікa. 2023. Т. 13, № 2. С. 62–73.

14. Работоспособность модернизированных анкерных муфт для испытаний стеклопластиковой арматуры / В. Г. Барсуков [и др.] // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 6. Тэхнікa. 2024. Т.14, № 1. С. 26–34.

15. Guide Test Methods for Fiber-Reinforced Polymers (FRPs) for Reinforcing of Strengthening Concrete Structures: АСI 440.3R-04. Detroit: American Concrete Institute (ACI), 2004. 40 p.

16. Справочник по сопротивлению материалов / Е. Ф. Винокуров [и др.]. Минск: Наука и техника, 1988. 464 с.