Методика расчетных исследований усиления предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой стен камер шлюзов с учетом фактических данных об их эксплуатационном состоянии

Введение.

Расчетные исследования показали, что в связи с длительной эксплуатацией гидротехнических сооружений шлюза, раскрытием горизонтальных и вертикальных строительных швов, а также коррозией арматуры у тыловой грани железобетонной стены шлюза в зонах горизонтальных строительных швов несущая способность конструкции в целом снижается. Поэтому необходимо усиление конструкции, методика которого приведена в данном исследовании.

Материалы и методы.

Представлен анализ научно-технической документации, выполнены инструментальные обследования состояния конструкций, разработана пространственная математическая модель на основе метода конечных элементов. Проведены многовариантные расчетные исследования фактического напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций. Осуществлены расчетные исследования НДС конструкций с учетом усиления преднапряженной базальтокомпозитной арматурой (АБК).

Результаты.

Визуальное и инструментальное обследования показали наличие трещинообразования на лицевой грани железобетонной стены камеры шлюза. Проведено моделирование фактического состояния НДС конструкций, по результатам расчетов предложена и обоснована схема усиления конструкций преднапряженной АБК.

Выводы.

В результате расчетных исследований НДС подтверждено возникновение трещин и раскрытие горизонтальных и вертикальных строительных швов в железобетонной конструкции стены камеры шлюза. При этом с учетом коррозии арматуры у тыловой грани железобетонной стены шлюза в зонах горизонтальных строительных швов напряжения в ней достигают расчетного сопротивления арматуры класса A-II. Для обеспечения дальнейшей безопасной эксплуатации конструкций предложена и обоснована схема усиления конструкций преднапряженной АБК.

1. Duic J., Kenno S., Das S. Performance of concrete beams reinforced with basalt fibre composite rebar // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 176. Pp. 470-481. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.208

2. Esfahani M.R., Kianoush M.R., Moradi A.R. Punching shear strength of interior slab-column connections strengthened with carbon fiber reinforced polymer sheets // Engineering Structures. 2009. Vol. 31. Issue 7. Pp. 1535-1542. DOI: 10.1016/j.engstruct.2009.02.021

3. Almassri B., Mahmoud F.A., Francois R. Behaviour of corroded reinforced concrete beams repaired with nsm cfrp rods, experimental and finite element study // Composites Part B: Engineering. 2016. Vol. 92. Pp. 1-25. DOI: 10.1016/j.compositesb.2015.01.022

4. Chellapandian M., Prakash S.S., Sharma A. Experimental and finite element studies on the flexural behavior of reinforced concrete elements strengthened with hybrid FRP technique // Composite Structures. 2019. Vol. 208. Pp. 466-478. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.10.028

5. Hany N.F., Hantouche E.G., Harajli M.H. Finite element modeling of FRP-confined concrete using modified concrete damaged plasticity // Engineering Structures. 2016. Vol. 125. Pp. 1-14. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.06.047

6. Li G., Zhang R., Yang Z., Zhou B. Finite element analysis on mechanical performance of middle long cfst column with inner I-shaped CFRP profile under axial loading // Structures. 2017. Vol. 9. Pp. 63-69. DOI: 10.1016/j.istruc.2016.09.007

7. Al-Saoudi A., Al-Mahaidi R., Kalfat R., Cervenka J. Finite element investigation of the fatigue performance of frp laminates bonded to concrete // Composite Structures. 2019. Vol. 208. Pp. 322-337. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.10.001

8. Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Зюзина О.В. Прочность малоармированных железобетонных конструкций с межблочными строительными швами, усиленных предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой // Природообустройство. 2021. № 1. С. 53-62. DOI: 10.26897/1997-6011-2021-1-53-62

9. Беллендир Е.Н., Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Баклыков И.В. Методика моделирования и расчета железобетонных конструкций эксплуатируемых ГТС, усиленных предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой // Природообустройство. 2021. № 5. С. 59-67. DOI: 10.26897/1997-6011-2021-5-59-67

10. Вапиров Ю.М., Жирнов А.Д., Мищенков Е.Н., Каримова С.А., Панин С.В., Добрянская О.А. и др. Применение расчетных методов определения скорости коррозии для оценки коррозионной агрессивности атмосферы. ВИАМ/2009-205473, 2010.

11. Penttala V. Causes and mechanisms of deterioration in reinforced concrete // Failure, Distress and Repair of Concrete Structures. 2009. Pp. 3-31. DOI: 10.1533/9781845697037.1.3

12. Rodrigues R., Gaboreau S., Gance J., Ignatiadis I., Betelu S. Reinforced concrete structures: A review of corrosion mechanisms and advances in electrical methods for corrosion monitoring // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 269. P. 121240. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121240

13. Chernin L. Effect of corrosion on the concrete-reinforcement interaction in reinforced concrete beams. Haifa, 2008. 184 p.

14. Li Z., Ma J., Ma H., Xu X. Properties and applications of basalt fiber and its composites // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 186. P. 012052. DOI: 10.1088/1755-1315/186/2/012052

15. Hu W.W., Liu H.W., Zhao D.F., Yang Z.B. Applications and advantages of basalt assembly in construction industry // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 332-334. Pp. 1937-1940. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.332-334.1937

16. Dhand V., Garima M., Rhee K.Y., Park S.-J., Hui D. A short review on basalt fiber reinforced polymer composites // Composites Part B: Engineering. 2015. Vol. 73. Pp. 166-180. DOI: 10.1016/j.compositesb.2014.12.011

17. Pavlović A., Donchev T., Petkova D., Limbachiya M., Almuhaisen R. Pretensioned BFRP reinforced concrete beams: flexural behaviour and estimation of initial prestress losses // MATEC Web of Conferences. 2019. Vol. 289. P. 09001. DOI: 10.1051/matecconf/201928909001

18. Беккер А.Т., Уманский А.М. Применение базальтопластиковой арматуры в конструкциях морских гидротехнических сооружений // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева. 2016. Т. 282. С. 61-75.

19. Pareek K., Tiwari P., Verma S., Saha P. A review basalt fiber reinforced polymer and composites // 3rd International Conference on Sustainable Energy and Built Environment. 2017.

20. Vinotha Jenifer J., Brindha D. Development of hybrid steel-basalt fiber reinforced concrete - in aspects of flexure, fracture and microstructure // Revista de la construcción. 2021. Vol. 20. Issue 1. Pp. 62-90. DOI: 10.7764/RDLC.20.1.62