Усиление железобетонных колонн обёртыванием CFRP: применение и ключевые детали сейсмической модернизации

Железобетонные колонны существующих зданий, мостов и промышленных сооружений по мере увеличения срока эксплуатации, изменения назначения объекта или повышения сейсмических требований нередко требуют повторной оценки пластичности, несущей способности на сдвиг и общей работы конструкции.

К традиционным методам усиления относятся увеличение сечения и устройство стальных обойм, однако такие решения могут увеличивать собственную массу конструкции и требовать дополнительного рабочего пространства.

Обёртывание углеродной тканью CFRP имеет небольшую толщину, малую добавочную массу и хорошую коррозионную стойкость, поэтому подходит для проектов с ограниченным пространством или там, где нежелательно существенно изменять размеры исходного элемента.

При этом важно понимать:Усиление CFRP — это не просто «наклеить один слой углеродной ткани вокруг колонны».

Эффективность зависит от состояния исходной конструкции, формы и размеров сечения колонны, существующего армирования, уровня продольной нагрузки и требуемых характеристик после усиления.

Как обёртывание CFRP улучшает работу колонны?

Одна из важных функций — ограничение поперечного расширения бетона.

Под действием осевого сжатия и повторяющихся нагрузок бетон ядра железобетонной колонны постепенно деформируется в поперечном направлении.

Непрерывное кольцевое обёртывание углеродной тканью создаёт внешнее ограничение этого расширения, улучшая деформационную способность сжатого бетона и помогая замедлить отслаивание защитного слоя и быстрое разрушение бетонного ядра.

При сейсмическом усилении такое обжатие важно не только с точки зрения несущей способности.

Оно также может улучшить пластичность колонны при многократных циклических деформациях.

Эффективное внешнее обжатие при определённых условиях также может замедлить локальную потерю устойчивости продольной арматуры.

Однако CFRP не заменяет существующие поперечные хомуты, и нельзя считать, что после обёртывания продольная арматура полностью защищена от выпучивания.

Усиление на сдвиг и обжатие нужно оценивать отдельно

Углеродная ткань также может применяться для повышения несущей способности колонны на сдвиг.

Однако усиление на сдвиг и кольцевое обжатие — это разные инженерные задачи.

Если основная проблема существующей колонны заключается в недостаточной пластичности, основное внимание обычно уделяется обжатию в потенциальных зонах пластических шарниров.

Если недостаточна несущая способность на сдвиг, необходимо отдельно проектировать ориентацию волокон, схему усиления и анкеровку с учётом действующих сдвигающих усилий.

Поэтому перед проектированием необходимо определить:Какой вид разрушения наиболее вероятен для исходной колонны? Недостаточно обжатия, недостаточна несущая способность на сдвиг или присутствуют обе проблемы одновременно?

Углы колонны и зоны нахлёста имеют большое значение

Для квадратных и прямоугольных колонн особенно важна подготовка углов.

Если углеродную ткань непосредственно оборачивать вокруг острых прямых углов, в этих местах могут возникать концентрации напряжений, а волокна могут преждевременно повреждаться при перегибе.

Поэтому перед монтажом углы обычно скругляют в соответствии с требованиями проекта.

Кроме того, углеродная ткань должна по возможности непрерывно охватывать всё поперечное сечение колонны.

Длина нахлёста должна соответствовать проектным требованиям, а зоны нахлёста по возможности следует размещать вне участков с повышенными напряжениями.

Подготовка основания определяет качество сцепления

Даже высококачественный углепластиковый материал не сможет эффективно работать, если бетонное основание подготовлено неправильно.

Рыхлый бетон, отслоившиеся участки, загрязнения маслом и заметные дефекты необходимо устранить заранее.

Поверхность бетона должна быть чистой и достаточно ровной.

Во время монтажа также необходимо контролировать образование складок, пузырей и пустот, качество пропитки смолой и условия отверждения.

Почему нельзя считать, что «одного слоя достаточно для сейсмического усиления»?

Потому что сейсмическое усиление прежде всего является задачей структурного проектирования.

Перед разработкой решения необходимо оценить размеры сечения колонны, прочность бетона, существующую продольную и поперечную арматуру, уровень осевого сжатия, существующие повреждения и требуемую пластичность.

Некоторые проблемы сосредоточены в зоне пластического шарнира.

Другие связаны с недостаточной несущей способностью на сдвиг.

В ряде случаев дополнительно необходимо рассматривать узлы, фундамент или работу всей конструктивной системы.

Если существующая колонна имеет серьёзные повреждения или значительную коррозию арматуры, одного обёртывания CFRP обычно недостаточно для решения всех проблем.

Поэтому усиление колонн углепластиком должно основываться на обследовании конструкции и инженерных расчётах, а увеличение количества слоёв нельзя рассматривать как универсальное решение.

Если выполняется сейсмическая модернизация железобетонных колонн, можно предоставить GBTECH размеры сечения колонны, прочность бетона, данные о существующем армировании, осевую нагрузку, зоны предполагаемого усиления и проектные требования.

С учётом условий проекта можно подобрать подходящие углеродные ткани, углепластиковые пластины и сопутствующие материалы.

Отправить запрос:https://gbtechrussia.com/SendInquiry/

Ознакомьтесь со спецификациями углеродной ткани:

https://gbtechrussia.com/carbon-fiber-fabric/