Una dintre căile promițătoare de armare a coloanelor din beton armat este armarea benzilor adezive din materiale compozite (KM) din sticlă. carbon și fibre de aramid. Banda poate fi aplicată atât de-a lungul coloanelor cât și în direcția transversală pentru a crea benzi închise de bandaj. Eficacitatea amplificării a fost confirmată experimental de cercetători din țara noastră [2] și din străinătate.
În sistemul european al documentelor normative, astăzi nu există nici un document normativ pentru proiectarea structurilor care utilizează materiale compozite. Un astfel de document privind informarea Comitetului Tehnic European CEN TC 250 este în curs de elaborare. Până în prezent, în Europa a fost publicat un buletin științific și tehnic și de informații [7].
Odată cu creșterea volumului de proiectare și de performanță a lucrărilor de consolidare a structurilor prin utilizarea CM, atenția din partea designerilor și cercetătorilor față de documentul [1] este în creștere.
- direcția autocolantului KM;
- forma coloanei;
- clipsuri de tip (solide și rare sub formă de așa-numite bandaje sau spirale);
- excentricitatea forțelor longitudinale.
Contabilitatea principiului amplificării: Este necesar să se distingă clar principiile de amplificare: instalarea unei armături suplimentare în zona întinsă a coloanei sau crearea de cleme pentru a crește rezistența betonului prin crearea unei stări volumetrice de stres. În ciuda evidentității diferențelor, practica de examinare a amplificărilor realizate demonstrează necesitatea unei delimitări clare a principiilor de amplificare și a cerințelor constructive care decurg din acestea.
În plus, ar trebui să se acorde o atenție deosebită furnizării de ancorare a curelelor longitudinale, care ar trebui să se realizeze prin fixarea fibrelor pentru secțiunea transversală calculată cu o lungime suficientă pentru a transfera forța asupra centurii. Deoarece, de regulă, secțiunea calculată pentru coloane este situată la partea superioară și inferioară a coloanelor, această cerință este asociată cu necesitatea dispozitivului de găuri intermediare în plăci, ceea ce complică în mod semnificativ aplicarea acestei soluții.
Luarea în considerare a formei secțiunii armate devine decisivă pentru un alt principiu de amplificare - etichetarea benzilor CM (direcția fibrelor este perpendiculară pe axa elementului armat) sub formă de elemente de bandă închise. Efectul rezultat al cuștii conduce la o creștere a rezistenței betonului.
Acest mecanism de creștere a rezistenței este utilizat în elemente armate indirect [5] și beton din țevi.
Analiza cercetării teoretice și experimentale străine este prezentată în lucrările A.A. Shilin și colab., [6].
Metoda de calculare a coloanelor cu cleme este propusă în Recomandări [1] și se bazează pe metoda de limitare a forțelor, eforturile inițiale în coloanele armate sub sarcină nu sunt luate în considerare. Între timp, luarea în considerare a acestui factor nu poate reduce în mod semnificativ eficiența amplificării, deoarece forțele inițiale și deci deformările longitudinale și transversale care se manifestă deja înainte de amplificare nu vor determina eforturi în proiectarea amplificării. Este logic să presupunem că influența negativă a acestui factor va fi mai semnificativă, cu cât câștigul este mai mare în coloană în momentul amplificării. Procedura de calcul pentru elementele comprimate amplificate de CM în ACI [4] se bazează pe studiile lui J. Mander 1988, care pentru probele cilindrice cu compresie centrală într-o cușcă metalică sugerează următoarea relație:
Studiile ulterioare cu armarea exterioară a CM au arătat posibilitatea extinderii acestei formule pentru această metodă, în plus, se sugerează că presiunea radială maximă a cuștii este estimată din formula (2).
Unde efe Ef - 0,75Rf - tensiunea de limitare admisibilă în cușcă; ka = 1,0 coeficient de eficiență al cuștii pentru secțiunea circulară; ka <1.0 - для прямоугольного сечения, pf - отношение площади сечения самой обоймы из углепластика к площади усиливаемого сечения (по нормальному сечению колонны).
Critica principală a acestei abordări este legată de valoarea constantă a presiunii laterale introduse în modelul de proiectare în toate etapele de încărcare.
Acest model a fost inclus în manual [1], inclusiv ca un calcul simplificat al secțiunilor dreptunghiulare:
Cu toate acestea, conform studiilor străine, coeficientul de eficiență al coliviei ka pentru coloanele cu secțiune transversală dreptunghiulară nu este constant și depinde de raza de curbură a fețelor. În ACI, ka este oferită de formula:
unde b, h sunt dimensiunile secțiunii rectangulare a coloanei, r este raza de curbură a fețelor și e este factorul de întărire.
Figura 1 prezintă factorul de eficiență al coliviei ka pentru o coloană pătrată, în funcție de dimensiunile și de raza de curbură a fețelor cu același factor de întărire.
Figura 1. Graficul dependenței coeficientului k a de dimensiunile unei secțiuni dreptunghiulare.
După cum rezultă din graficul din figura 1 pentru secțiunile pătrate, ka variază în intervalul de la 0,33 la 0,75. Astfel, abaterea formulei (3) de la normele ACI poate fi de la 15 la 30% în direcția supraevaluării rezistenței betonului Rb, hoop.
În acest caz, pentru a determina puterea redusă a betonului pentru coloanele dreptunghiulare pot fi recomandate pentru a utiliza o dependență comună exprimată prin formulele (1) și (2), prin substituirea coeficientului de eficiență a cuștii de secțiune dreptunghiulară, elaborate de formula (4). Această abordare este pe deplin compatibilă cu normele străine.
Luarea în considerare a tipului de clip: Trebuie remarcat faptul că ghidul [1] a considerat doar opțiunea de amplificare cu o înfășurare continuă a coloanei de-a lungul întregii înălțimi. Bandajurile adezive cu deflație în înălțime (vezi figura 2), acest document nu este furnizat. În același timp, adesea este suficient să exersați bandele de bandă cu un anumit pas în practică.
Figura 2. Diagrama de proiectare a coloanei, întărită cu bandaje individuale (câștig limitat în înălțime).
Buletinul European FIB [7] oferă o tehnică pentru calcularea eficacității clipului utilizând coeficientul ke. luând în considerare reducerea suprafeței betonului comprimat dintre jgheaburi (figura 2), dar numai pentru coloanele rotunde:
Valorile coeficientului ke. determinată în funcție de mărimea relativă a decalajului dintre învelișurile sau spirale s'/ D, sunt prezentate în figura 3. Din figură rezultă că pentru coloane rotunde ca distanța dintre randamentul înfășurări colivie este foarte redusă, iar la distanțe egale 0,5- 1, diametrul coloanei este de 50-20%, respectiv.
Figura 3. Graficul dependenței coeficientului k e de distanța relativă dintre capace / bobine (a se vedea figura 2).
Contabilitatea pentru excentricitățile forțelor longitudinale: Majoritatea datelor experimentale și modelele de calcul au fost obținute prin compresie centrală. În plus, în documentul original ACI [4], tehnicile de calcul care țin seama de efectul clipului (formulele (1) și (2)) se aplică numai elementelor comprimate central. Cu toate acestea, utilizarea formulelor în cazul compresiei cu excentricitate nu este specificată în mod clar în manual [1]. Instrucțiunile privind creșterea rezistenței la proiectare a betonului datorită efectului cuștii numai pentru compresia axială sunt disponibile numai la punctul 4.3.1 (b) [1]. Pentru următoarele secțiuni, nu există o astfel de mențiune, care să inducă în eroare proiectanții, care nu cunosc prea bine detaliile și caracteristicile tehnicilor de calcul.
Se poate observa din formula că la excentricitatea e> 0.13def, valoarea în bracket a celui de-al doilea termen devine negativă, ceea ce duce la dispariția efectului compresiei betonului.
Aceste reprezentări privind limita de manifestare a efectului de clip în conformitate cu diferite norme de proiectare sunt în acord între ele. De aici se poate recomanda zona de aplicare a armăturii coloanelor din clipurile CM - cazuri de compresie cu o excentricitate de cel mult 0,1h (h este înălțimea sau diametrul secțiunii).
Această limitare trebuie luată în considerare la utilizarea Ghidului [1]. Trebuie remarcat faptul că o serie de probleme legate de capacitatea de susținere a coloanelor întărite de către CM rămân în țara noastră nu au fost studiate suficient, și anume:
- coloane armate sub sarcină;
- coloane insuficient studiate cu amplificare cu flexibilitate mai mare (1> 14);
- necesită verificare de fiabilitate propuse dependențe suplimentare de decontare în [1], așa cum reiese din formula ACI dezvoltat pe baza unui factor de siguranță generalizate (metoda similaritate de rupere forță), în timp ce standardele de proiectare interne se bazează pe modelul sistemului poluveroyatnostnuyu factorii partiali de siguranta.
- Atunci când se proiectează armarea coloanelor, este necesar să se distingă clar metoda de întărire: prin adăugarea armăturii întinse sau prin crearea unui efect de colivie.
- Pentru secțiunile dreptunghiulare, nu se recomandă utilizarea formulelor (4.71) - (4.73) din Ghiduri [1]. Se recomandă efectuarea unui calcul precis utilizând formulele (4.76), (4.77), (4.82) din Ghidul [1] sau 1, 2 și 4 ale acestui articol.
- Manualul [1] prezintă formule pentru o carcasă de armare solidă pe întreaga înălțime a coloanei. Pentru inelele de armare rareficate (așa-numita armare de bandaj), trebuie să țineți cont de scăderea efectului cuștii de beton conform formulei (5).
- Efectul carcasei se recomandă să fie luat în considerare cu excentricitatea relativă a forței longitudinale nu mai mult de e / h<0.1.
- Dispozițiile orientărilor [1], referitoare la calculul elementelor comprimate, trebuie să fie ajustate ținând seama de rezultatele studiilor externe și rusești moderne, inclusiv studiile privind fiabilitatea metodelor computaționale.