АО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений»Строительный проезд, д. 7А, Москва, Россия, 125362 2 ООО «Инженерный центр сооружений, конструкций и технологий в энергетике» ул. Свободы, д. 35, Москва, Россия, 125362 3 ПАО «РусГидро» ул. Малая Дмитровка, д. 7, Москва, Россия, 127006 В целях усиления железобетонных конструкций общестроительного назначения широко применяются композиционные материалы из углеродного волокна. Для обоснования решений по усилению железобетонных конструкций гидротехнических сооружений внешним армиро-ванием из углеродного волокна потребовалась разработка методики расчета прочности уси-ленных конструкций. Были учтены характерные особенности массивных железобетонных конструкций гидросооружений и действующих на них нагрузок, в том числе противодавление воды в трещинах и раскрывшихся строительных швах. Разработаны зависимости для расчета прочности в нормальных сечениях изгибаемых железобетонных конструкций гидросооруже-ний, усиленных внешним армированием из углеродного волокна.Ключевые слова: гидротехнические сооружения, массивные железобетонные конструкции, внешнее армирование, композиционные материалы, нормальные сечения, изгибающий мо-мент, прочность, строительные швы, противодавление воды В настоящее время широкое применение находят композиционные материа-лы при усилении железобетонных конструкций общестроительного назначения [1][2][3][4].При этом в гидротехническом строительстве отмечаются лишь отдельные слу-чаи применения систем внешнего армирования (СВА) в качестве элементов уси-ления железобетонных конструкций. Следует отметить, что вышесказанное в большей степени относится к зарубежной практике [5][6][7].При проектировании усиления железобетонных конструкций гидросооруже-ний (ГТС) необходимо проводить расчетное обоснование проектных решений. В связи с этим возникает необходимость в разработке методики расчета проч-ности железобетонных конструкций ГТС, усиленных СВА на основе углеродных материалов.При этом необходимо учитывать характерные особенности массивных желе-зобетонных конструкций ГТС, а также особенности характера действия нагрузок.
Introduction. In connection with the long-term operation of hydraulic structures (HPP), the installation of significant temporary loads, the presence of alternating effects on individual structural elements, it is possible to reduce the carrying capacity and strength of reinforced concrete structures. One of the most crucial elements is the reinforced concrete overlap of the machine hall, the work presents field and design studies, a proposal to strengthen the structures with external reinforcement. Materials and methods. The scientific and technical documentation was analyzed, instrumental studies and visual inspections of the state of the structures were carried out, and a 3D mathematical model was developed based on the finite element method. Multivariate non-linear computational studies of the actual stress-strain state of structures have been carried out. Results. Conducted visual and instrumental examination showed the presence of cracking on the lower edge of the reinforced concrete floor of the machine room. The simulation of the actual state of the structures has been carried out; according to the results of calculations, a schematic diagram of the gain of structures has been proposed. Conclusions. As a result of computational studies of stress-strain state, the occurrence of cracks on the lower edge of reinforced concrete floor of the machine hall was confirmed. When applying temporary technological loads to overlap, it is possible to achieve the yield strength of the reinforcement in certain zones. In order to ensure further safe operation of the structures, a conceptual amplification scheme based on the results of stress-strain state calculations has been proposed.
Introduction. Floorings of the turbine hall and installation sites of the HPP (PSS) are one of the most important reinforced concrete structures, as during operation they are subjected to significant process duties, including those not provided for by the project. Thus, during the testing of crane equipment on the floor surface of the installation site of the Alluriquin HPP under construction, the cargo weighing 22 tons fell, under the influence of which the floor slab was punched, which required a comprehensive study of the condition of the reinforced concrete structure of the floor and the surrounding area of the failure of structures, as well as the development of measures to strengthen the damaged structure. Materials and Methods. Visual and instrumental studies of the stress and strain state (SSS) of the reinforced concrete structure of the turbine hall slab and surrounding structures were carried out with the use of optical devices (MPB-3 reading microscope), Schmidt hammer to determine the strength of concrete structures, as well as the “reinforcement load removal” method to determine the actual stresses in the reinforcement of structures. Results. The punching of the reinforced concrete floor of the installation site with vertical displacements of the edges of through cracks up to 12 mm, as well as the system of cracks formed during the fall of cargo was revealed. The actual stresses in the reinforcement are determined by the “reinforcement load removal” method. On the basis of finite element modeling the actual condition of structures during the period of cargo fall and after the removal of the load is obtained. On the basis of the analysis of results of field and design studies the schematic diagram of strengthening of structures by carbon composite materials is developed. Conclusions. The actual SSS of the reinforced concrete floor of the installation site and its support structures during the period of the cargo fall and after the termination of the impulse load is established. The vertical displacement of the edges of the crack of the floor punching was 17.5 mm during the period of the fall of the load and 12 mm after the removal of the impulse load. Crack opening width in reinforced concrete structures in the cargo drop area reached 2 mm. At the moment when the cargo fell on the floor slab, the values of stresses in the reinforcement cage reached 200 MPa; after the impact — 76.2 MPa. With a view of the subsequent safe operation of the reinforced concrete floor and surrounding structures the basic schemes of their strengthening by external reinforcement on the basis of carbon fiber have been developed, which have been proved by calculation.
Ключевые слова: гидротехнические сооружения; железобетонные конструкции; углеродные ленты и ламели; экспериментальные исследования; изгибающий момент; контрольно-измерительная аппаратура Аннотация Актуальность. В процессе эксплуатации (в первую очередь при длительной эксплуатации) гидротехнических сооружений возникает необходимость усиления их железобетонных конструкций. В последние годы в промышленном и гражданском строительстве находит применение усиление железобетонных конструкций системами внешнего армирования из композитных материалов (например, углеродных). При этом в гидротехническом строительстве имеются только единичные примеры такого усиления.Цели. Представленные в статье экспериментальные исследования железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, усиленных внешним армированием из углеродных материалов, проводились в целях обоснования применения внешнего армирования на основе углеродных материалов (лент и ламелей) для усиления железобетонных конструкций гидротехнических сооружений.Методы. Эксперименты по усилению гидротехнических сооружений внешним армированием из углеродных материалов осуществлялись с использованием специально изготовленных железобетонных моделей гидротехнических конструкций балочного типа. При этом для моделирования принимались железобетонные конструкции, имеющие характерные признаки гидротехнических сооружений, такие как невысокие классы бетона и проценты армирования (менее 1 %). Усиление железобетонных моделей выполнялось углеродными лентами и ламелями. Экспериментальные исследования проводились при действии изгибающего момента по стандартным методикам. Определялось повышение прочности железобетонных конструкций за счет их усиления углеродными лентами и ламелями.Результаты. Получены данные о прочности железобетонных конструкций гидротехнических сооружений без усиления и усиленных углеродными лентами и ламелями при действии изгибающего момента. На основе проведенного сравнения определено повышение прочности железобетонных конструкций за счет их усиления углеродными лентами и ламелями.
А Н Н ОТА Ц И Я: обосновано применение усиления железобетонных конструкций ГТС внешним армированием из углеродного волокна. Проведены экспериментальные исследования моделей характерных конструкций гидротехнических сооружений, в том числе имеющих межблочные строительные швы. Испытаны модели балочного типа из бетона класса B15 с процентом армирования 0,39 % и из бетона класса B25 с процентом армирования 0,83 % под действием изгибающего момента. Модели фрагментов железобетонных конструкций гидротехнических сооружений из бетона класса B15 с процентом армирования 0,445 % и из бетона класса B25 с процентом армирования 0,7 % испытаны на действие центрального растяжения. Железобетонные модели балочного типа усиливались внешним армированием из углеродных лент типа FibArm 530/300. Модели фрагментов ГТС усиливались внешним армированием из углеродных лент типа FibArm Tape 530/300 и из углеродных композитных ламелей типа FibArm Lamel 12/50. Железобетонные модели балочного типа усиливались углеродными лентами (продольными лентами на нижней растянутой грани и поперечными лентами в пролетной и опорной зонах). Модели фрагментов железобетонных конструкций ГТС усиливались углеродными лентами и углеродными композитными ламелями, направленными вдоль действия продольного растягивающего усилия. Результаты экспериментальных исследований показали значительное увеличение прочности железобетонных конструкций гидротехнических сооружений за счет их усиления посредством внешнего армирования из углеродного волокна, а также позволили выявить особый характер трещинообразования, обусловленный наличием межблочных строительных швов. Предмет исследования: железобетонные конструкции ГТС (при наличии в них межблочных строительных швов), усиленные внешним армированием из углеродного волокна. Цели: экспериментальное обоснование применения внешнего армирования из углеродного волокна для усиления железобетонных конструкций ГТС. Материалы и методы: железобетонные модели изготавливались из обычного тяжелого бетона классов В15 и В25 и арматуры класса А500С. Внешнее армирование выполнялось из углеродных лент типа FibArm Tape 530/300 и FibArm Lamel12/50. Экспериментальные исследования проводились на основе физического моделирования характерных железобетонных конструкций ГТС, имеющих межблочные строительные швы. При этом модели балочного типа из бетона класса В15 с процентом армирования 0,39 % и из бетона класса В25 с процентом армирования 0,83 % были испытаны на действие изгибающего момента. Модели фрагментов железобетонных конструкций ГТС из бетона класса В15 с процентом армирования 0,445 % и из бетона В25 с процентом армирования 0,7 % были испытаны на действие центрального растяжения. Опытные модели оснащались контрольно-измерительной аппаратурой для определения величин прогибов, деформаций бетона и элементов усиления моделей, ширины раскрытия трещин и межблочных швов. Результаты: получено повышение прочности железобетонных конструкций ГТС (в 1,47-2,34 раза) при действии изгибающего момента и центрального растяжения за счет их усиления внешним армированием и...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.