Монтажная погрешность определения модуля продольной упругости однонаправленных стеклопластиков

Цель работы – расчетная оценка влияния монтажной погрешности в виде эксцентриситета рабочей зоны и зоны захватов на измеряемое значение модуля продольной упругости при растяжении стержней из однонаправленных стеклопластиков. Методика исследований включала составление расчетной схемы и анализ напряженно- деформированного состояния статически неопределенного стержня, подвергнутого осевому растяжению. Радиальное смещение конца стержня с жестко защемленными краями равно монтажному эксцентриситету рабочей части относительно зоны захвата. Дополнительные осевые деформации стержня определены энергетическим методом с использованием интеграла Мора. Влиянием поперечной силы на продольные деформации стержня пренебрегали вследствие его малости. Получена аналитическая зависимость для определения продольных деформаций, обусловленных влиянием изгибающего момента от эксцентрично прикладываемого растягивающего усилия. Расчетную оценку дополнительных деформаций производили на примере стержней круглого поперечного сечения и полос прямоугольного поперечного сечения, изготовленных из однонаправленных стеклопластиков с показателями деформационных свойств, идентичными показателям арматуры стеклопластиковой номинальным диаметром 6 мм, изготовленной в соответствии с СТБ 1103–98. Показано, что для стержней с отношением длины l к диаметру d или толщине h не менее 30 дополнительные продольные деформации стержня, определяющие погрешность измерения модуля продольной упругости, не превышают 1 % во всем рассмотренном диапазоне осевых нагрузок. Более заметный вклад наблюдается для коротких стержней (l/d = 20) при уровне растягивающих осевых напряжений 200 МПа и менее. Результаты исследований могут быть использованы в инженерной практике и в учебном процессе при подготовке специалистов строительного и химико-технологического профиля.

1. ACI 440.1R-06. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars. 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. Japan Society of Civil Engineers (JSCE). Recommendation for Design and Construction of Concrete Structures Using Continuous Fiber Reinforcing Materials. Tokyo, Japan: Japan Society of Civil Engineers, 1997. 199 p. (Concrete Engineering, Series 23).

4. Development of Ductile Composite Reinforcement Bars for Concrete Structures / Yihua Cui, M. S. Moe Cheung, Bahman Noruziaan [et al.] // Materials and Structures. 2008. Vol. 41. P. 1509–1518. https://doi.org/10.1617/s11527-007-9344-8.

5. 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. URL: https://site2.soyka.by/wpcontent/uploads/2025/02/cnr-dt_203_2006.pdf.

6. Jarek, B. Zastosowanie Prętόw Zbrojeniowych z Włόkna Szklanego (GFRP) w Budownictwie / B. Jarek, A. Kubik // Przegląd Budowlany. 2015. No 012. P. 21–26.

7. Dems, K. Modeling of Fiber Reinforced Composite Materials Subjected to Thermal Load / K. Dems, E. Radaszewska, J. Turant // Journal of Thermal Stresses. 2012. Vol. 35, No 7. P. 579–595. https://doi.org/10.1080/01495739.2012.674786.

8. Okutan, B. The Failure Strength for Pin-Loaded Multidirectional Fiber-Glass Reinforced Epoxy Laminate / B. Okutan, R. Karakuzu // Journal of Composite Materials. 2002. Vol. 36, No 24. P. 2695–2712. https://doi.org/10.1177/002199802761675502.

9. Aktas, A. Failure Analysis of Two Dimensional CarbonEpoxy Composite Plate Pinned Joint / A. Aktas, R. Karakuzu // Mechanics of Composite Material Structures. 1999. Vol. 6, No 4. P. 347–361. https://doi.org/10.1080/107594199305502.

10. Malvar, L. J. Tensile and Bond Properties of GFRP Reinforcing Bars / L. J. Malvar // ACI Materials Journal. 1995. Vol. 92, No 3. P. 276–285. https://doi.org/10.14359/1120

11. Sun, Z. Mechanical Properties of Steel-FRB Composite Bar under Tensile and Compressive Loading / Z. Sun, Y. Tang, Y. Luo, G. Wu, X. He // International Journal of Polymer Sciences. 2017, 03 January. https://doi.org/10.1155/2017/5691278.

12. Experimental Investigation for Tensile Performance of FFRP-Steel Hybridized Rebar / Dong-Woo Seo, Ki-Tae Park, Young-Jun You, Sang-Yoon Lee // Advances in Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 2016. Art. 9401427. https://doi.org/10.1155/2016/9401427

13. Experimental Bond Behavior of Hybrid Rods for Concrete Reinforcement / A. A. Nanni, J. S. Nenniger, K. D. Ash, J. Liu // Structural Engineering and Mechanics. 1997. Vol. 5, No 4. P. 339–353. https://doi.org/10.12989/sem.1997.5.4.339.

14. Hybrid Effect on Tensile Properties of FRP Rods with Various Material Compositions / Y.-J. You, Y.-H. Park, H. Kim, J. S. Park // Composite Structures. 2007. Vol. 80, No 1. P. 117–122. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2006.04.065.

15. Bakis, C. E. Self-Monitoring, Pseudo-Ductile, Hybrid FRP Reinforcement Rods for Concrete Applications / C. E. Bakis, A. Nanni, J. A. Terosky // Composites Science and Technology. 2001, Vol. 61, No 6. P. 815–823. https://doi.org/10.1016/s0266-3538(00)00184-6

16. Kretsis, G. A Review of the Tensile, Compressive, Flexural, and Shear Properties of Hybrid Fiber-Reinforced Plastics / G. Kretsis // Composites. 1987. Vol. 18, No 1. P. 13–23. https://doi.org/10.1016/0010-4361(87)90003-6.

17. Okutan, B. A Study of the Effects of Various Geometric Parameters on the Failure Strength of Pin-Loaded WovenGlass-Fiber Reinforced Epoxy Laminate / B. Okutan, Z. Aslan, R. Karakuzu // Composite Science and Technology. 2001. Vol. 61. P. 1491–1497. https://doi.org/10.1016/s0266-3538(01)00043-4.

18. Comparison of Mechanical Behavior of Carbon and Glass Fiber Reinforced Epoxy Composites / N. Oszoy, A. Mimaroǧlu, M. Oszoy, M. I. Oszoy // Acta Physica Polonica A. 2015. Vol. 127, No 4. P. 1032–1034. https://doi.org/10.12693/aphyspola.127.1032.

19. Особенности испытаний и характер разрушения полимеркомпозитной арматуры / А. Р. Гидзатулин, В. Г. Хозин, А. Н. Куклин, А. М. Хуснутдинов // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 3. C. 40–50.

20. Mattews, F. L. Composite Materials: Engineering and Science / F. L Mattews, R. D. Rawlings. Woodhead Publishing, 1999. 470 p.

21. Технические свойства полимерных материалов: учеб. справ. пособие / В. К. Крыжановский, В. В. Бурлов, А. Д. Паниматченко, Ю. В. Крыжановская. СПб.: Профессия, 2005. 248 с.

22. Композиционные материалы: справ. / Л. Р. Вишняков, Т. В. Грудина, В. Х. Кадыров [и др.]; под ред. Д. М. Карпиноса. Киев: Наук. думка, 1985. 592 с.

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

24. Standard Test Method for Tensile Properties of Pultruded Glass-Fiber-Reinforced Plastic Rod: ASTM D 3916. West Conshohocken, Pa. ASTM, 1996. 6 p.

25. Erki, M. A. Anchorages for FRP Reinforcement / M. A. Erki, S. H. Rizkalla // Concrete International. 1993. Vol. 15, No 6. P. 54–59.

26. Al-Mayah, A. Novel Anchor System for CFRP Rod. Finite – Element and Mathematical Models / A. Al-Mayah, K. Soudki, A. A. Plumtree // Journal of Composites for Construction. 2007, Vol. 11, No 5. P. 469–476. https://doi.org/10.1061/(asce)1090-0268(2007)11:5(469).

27. Carvelli, V. Anchor System for Tension Testing of Large Diameter GFRP Bars / V. Carvelli, G. Fava, M. Pisani // Journal of Composites for Construction. 2009. No 13. P. 344–349. https://doi.org/10.1061/(asce)cc.1943-5614.0000027.

28. Castro, P. F. Tensile and Nondestructive Testing of FRP Bars / P. F. Castro, N. J. Carino // Journal of Composites for Construction. 1998. Vol. 2, No 1. P. 17–27. https://doi.org/10.1061/(asce)1090-0268(1998)2:1(17).

29. Василевич, Ю. В. Влияние химической усадки связующего в процессе отверждения на образование остаточных напряжений в цилиндрических оболочках из композита / Ю. В. Василевич, К. А. Горелый, С. В. Сахоненко, С. Н. Иванов // Теоретическая и прикладная механика: Междунар. науч.-техн. сб. Минск: БНТУ. Вып. 31. 2016. С. 67–72.

30. Барсуков, В. Г. Напряжения в композитной строительной арматуре, обусловленные различиями коэффициентов Пуассона / В. Г. Барсуков, А. Г. Лежава, Е. А. Евсеева // Наука и техника. 2025. Т. 24, № 2.С. 124–133. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2025-24-2-124-133.

31. Барсуков, В. Г. Напряжения при разрыве композитной арматуры, установленной эксцентрично в испытательных муфтах / В. Г. Барсуков, А. Г. Лежава // Известия вузов. Строительство. 2024. № 8. С. 133–143. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2024-788-8-133-143.

32. Барсуков, В. Г. Особенности напряженного состояния композитной арматуры при испытаниях на разрыв / В. Г. Барсуков, А. Г. Лежава, Е. А. Евсеева // Наука и техника. 2024. Т. 23, № 6. С. 492–499. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2024-23-6-492-499.

33. Справочник по сопротивлению материалов / Г. С. Писаренко, А. П. Яковлев, В. В. Матвеев; отв. ред. Г. С. Писаренко. 2-е изд., перераб. и доп. Киев: Наук. думка, 1988. 736 с.