Издаётся с сентября 1923 года
DOI: 10.33622/0869-7019
Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science


  • СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ
  • Теоретическая оценка несущей способности стальной балки, усиленной углепластиком
  • УДК 691.714:624.078.8 DOI: 10.33622/0869-7019.2020.02.18-22
    Александр Романович ТУСНИН, доктор технических наук, профессор, e-mail: tusninar@mgsu.ru
    Евгений Олегович ЩУРОВ, аспирант, e-mail: shurov47@gmail.com
    ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), 129337 Москва, Ярославское ш., 26
    Аннотация. Для усиления стальных балок могут эффективно применяться современные углепластиковые материалы, прикрепляемые к балке с растянутой стороны с помощью специального двухкомпонентного клея. По сравнению с традиционными способами увеличения сечения за счет дополнительных стальных элементов, прикрепленных на сварке или болтах, усиление углепластиком имеет ряд преимуществ. Углепластик имеет вес гораздо меньший, чем обладающий той же несущей способностью стальной элемент усиления; слой клея препятствует развитию коррозии усиленного элемента; производство работ по усилению проводится в короткие сроки и с меньшими трудозатратами и др. В статье представлены результаты теоретических исследований балок, усиленных углепластиковыми ламелями. Для теоретической оценки прочности усиленной стальной балки рассмотрены деформации и напряжения в сечении в упругой, упруго-пластической и пластической стадиях работы стали. Установлено, что значительный эффект усиления углепластиком наблюдается даже в том случае, когда напряжения в нем определяются прочностью клеевого соединения. Получены формулы для определения прочности усиленной балки, учитывающие прочность клеевого слоя, определенную экспериментально. Построена теоретическая модель работы изгибаемых стальных элементов и получены теоретические зависимости, которые могут применяться при проведении расчетов стальных балок, усиленных углепластиком.
    Ключевые слова: несущая способность стальной балки, усиление углепластиком, клеевое соединение, упругопластические деформации, эпюры относительных деформаций и напряжений.
  • ЛИТЕРАТУРА
    1. Teng J. G., Yu T., Fernando D. Strengthening of steel structures with fiber-reinforced polymer composites [Усиление стальных конструкций с помощью полимерных композитов, армированных волокном]. Journal of Constructional Steel Research, 2012, vol. 78, pp. 131-143.
    2. Yu Qian-Qian, Zhao Xiao-Ling, Al-Mahaidi R. et al. Tests on cracked steel plates with different damage levels strengthened by CFRP Laminates [Испытания стальных пластин с трещинами с различными уровнями повреждений, усиленных углепластиковыми ламелями]. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2014, vol. 14, iss. 6. DOI: 10.1142/S0219455414500187.
    3. Photiou N. K, Hollaway L. C, Chryssanthopoulos M. K. Strengthening of an artificially degraded steel beam utilising a carbon/glass composite system [Усиление балки с искусственным повреждением с использованием композитной системы углерод-стекло]. Construction and Building Materials, 2004, vol. 20, iss. 1-2, pp. 274-283.
    4. Lam D., Clark K. A. Strengthening steel sections using carbon fibre reinforced polymers laminates [Усиление стальных профилей с использованием ламелей, армированных углеродным волокном]. Advances in Structures, 2003, vol. 1, 2, pp. 1369-1374.
    5. Ghafoori E., Prinz G. S., Mayor E. et al. Finite element analysis for fatigue damage reduction in metallic riveted bridges using pre-stressed CFRP plates [Использование метода конечных элементов для расчета выносливости металлических перемычек, усиленных предварительно напряженными плитами из углепластика]. Polymers, 2014, vol. 6, iss. 4, pp. 1096-1118.
    6. Ulger T., Okeil A. M. Analysis of thin-walled steel beams retrofitted by bonding GFRP stiffeners: Numerical model and investigation of design parameters [Анализ тонкостенных стальных балок, усиленных элементами жесткости GFRP: численная модель и исследование конструктивных параметров]. Engineering Structures, 2017, vol. 153, pp. 166-179.
    7. Ochi N., Matsumura M., Hisabe N. Experimental study on strengthening effect of high modulus CFRP strips with different adhesive length installed onto the lower flange plate of I-shaped steel girder [Экспериментальные исследования по усилению из высокомодульных полос углепластика с разной длиной адгезива, установленных на плите нижнего фланца I-образной стальной балки]. 12th East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction (EASEC) [12-я Восточно-тихоокеанская конференция по проектированию и строительству]. Hong Kong, Jan, 26-28, 2011. Procedia Engineering, 2011, vol. 14, pp. 506-512.
    8. Yu Q. Q., Zhao X. L., Al-Mahaidi R. et al. Experimental study on repair of steel plate with different damage degrees subject to fatigue loading [Экспериментальные исследования выносливости усиленной стальной пластины с различной степенью повреждения]. 7th International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management (IABMAS) [7-я Международная конференция по обслуживанию и безопасности мостов]. Shanghai, July 7-11, 2014. Proc. 2014, pp. 879-884.
    9. CNR-DT 202/2005. Guidelines for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening existing structures [Руководство по проектированию и строительству систем FRP для усиления существующих конструкций]. Metallic Structures. Preliminary study. ROME-CNR, 2008. 57 p.
    10. СТО 2236-002-2011. Система внешнего армирования из полимерных композитов FibARM для ремонта и усиления строительных конструкций. Общие требования. Технология устройства. М. : ЗАО "Препрег-СКМ", 2011. 16 с.
    11. Туснин А. Р., Щуров Е. О. Экспериментальные исследования клеевого соединения элементов из стали и углепластиковых композиционных материалов // Промышленное и гражданское строительство. 2017. № 7. С. 69-73.
  • Для цитирования: Туснин А. Р., Щуров Е. О. Теоретическая оценка несущей способности стальной балки, усиленной углепластиком // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 2. С. 18-22. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.02.18-22.

НАЗАД