Особенности проектирования монолитных бетонных фундаментных плит с композитной полимерной арматурой

Введение. За последнее десятилетие увеличилась доля бетонных конструкций, армированных композитной полимерной арматурой (АКП), что связано в том числе с развитием нормативно-технической базы в данном направлении. Присущие АКП особенности, во многом обусловленные свойствами ее компонентов, которые необходимо учитывать на всех этапах строительства и эксплуатации здания, приводят к некоторым изменениям в традиционных для железобетона подходах к проектированию конструкций и технологии их возведения.

Материалы и методы. Выполнен обзор отечественного опыта применения арматуры композитной полимерной при строительстве монолитных бетонных фундаментов. Рассмотрен пример проектно-конструкторских решений фундаментной плиты, на основе анализа которого был осуществлен подбор армирования из АКП по результатам расчетов по первой и второй группам предельных состояний.

Результаты. Обозначены особенности проектирования, которые следует учитывать при расчете фундаментных плит из бетона, армированного АКП. На конкретном примере монолитной бетонной фундаментной плиты показано влияние учета фактических механических характеристик АКП на результаты расчетов по прочности и трещиностойкости. Результаты расчетов, выполненные по различным редакциям нормативных документов, актуальным на период с 2014 по 2023 г., наглядно демонстрируют развитие нормативной базы в части учета свойств АКП в армированных бетонных конструкциях.

Выводы. При рациональном подходе к процессам проектирования возможно разрабатывать проекты бетонных фундаментных плит на упругом основании с применением АКП, отвечающие требованиям нормативных документов по надежности. Имеется возможность полного исключения металлических элементов (арматуры, изделий, закладных деталей) в таких конструкциях.

1. Falikman V.R., Rozentahl N.K., Stepanova V.F. New Russian norms and codes on protection of building structures against corrosion // High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet. 2017. Pp. 2135–2143. DOI: 10.1007/978-3-319-59471-2_244

2. Тамразян А.Г. Методология анализа и оценки надежности состояния и прогнозирование срока службы железобетонных конструкций // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 1. № 1. С. 5–18. EDN MGOLLW.

3. Берлинов М.В., Берлинова М.Н. Длительная эксплуатация железобетонной балки на грунтовом основании с учетом коррозионных повреждений // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 1. № 1. С. 19–27. EDN KFAQUU.

4. Степанова В.Ф., Бучкин А.В., Кудяков К.Л., Степанов А.Ю. Арматура композитная полимерная и композитные полимерные изделия. М. : ООО «Бумажник», 2023. 170 с. EDN GVCSCX.

5. Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура композитная полимерная. М., 2013. 200 с. EDN FTRSWT.

6. Manalo A., Mutsuyoshi H., Nagamoto N., Murata M., Lapshinov A., Litvinov E. FRP Reinforced Concrete Around the World, Part 2 Initiatives for acceptance and safe implementation: Australia, Japan, and Russian Federation // International Journal of Lightweight Concrete. 2022. Vol. 6. Pp. 47–53.

7. Manalo A.C., Mendis P., Bai Y., Jachmann B., Sorbello C.D. Fiber-reinforced polymer bars for concrete structures: state-of-the-practice in Australia // Journal of Composites for Construction. 2021. Vol. 25. Issue 1. DOI: 10.1061/(asce)cc.1943-5614.0001105

8. Хозин В.Г., Гиздатуллин А.Р. Совместимость полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном в конструкциях // Строительные материалы. 2017. № 11. С. 30–38. EDN ZWUFXJ.

9. Наджибуллохи Р., Рахмонов А.Д. Экспериментальное исследование работы бетонных конструкций, армированных неметаллической композитной арматурой // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. 2018. Т. 61. № 1. С. 71–77. EDN ZDLWSE.

10. Лапшинов А.Е. Обследование и контроль качества конструкций армированных и усиленных композитными полимерными материалами // Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их решения : мат. VIII междунар. науч.-практ. конф. 2017. С. 129–135. EDN YQYBVG.

11. Лапшинов А.Е., Калашников А.Ю. Обследование технического состояния фундаментной плиты, армированной стеклокомпозитной арматурой, с помощью георадара // Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их решения : мат. IX науч.-практ. конф. 2018. С. 133–139. EDN YYXQQP.

12. Kakusha V., Kornev O., Kovalev M., Lapshinov A., Litvinov E. GFRP-reinforced foundation slab design for 15 story residential building // American Concrete Institute, ACI Special Publication. 2018. Vol. 326. EDN GMTEIN.

13. Курлапов Д.В., Милютин Б.Г., Хабарков А.В. Техническое обследование фундаментных плит, армированных композитной арматурой // Строительство и техногенная безопасность. 2017. № 9 (61). С. 69–73. EDN YSFCHY.

14. Римшин В.И., Меркулов С.И. О нормировании характеристик стержневой неметаллической композитной арматуры // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 5. С. 22–26. EDN VZDPWN.

15. Ганзий Ю.В. Идентификация опасностей получения некачественной продукции из полимерного композитного материала на примере строительной композитной арматуры // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2018. Т. 21. № 3. С. 13–19. DOI: 10.22213/2413-1172-2018-3-13-19. EDN XZIBGX.

16. Плевков В.С., Балдин И.В., Кудяков К.Л., Невский А.В. Прочность и деформативность арматуры композитной полимерной при статическом и кратковременном динамическом растяжении и сжатии // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 5 (58). С. 91–101. EDN WVPXYT.

17. Плевков В.С., Тамразян А.Г., Кудяков К.Л. Прочность и трещиностойкость изгибаемых фибробетонных элементов с преднапряженной стеклокомпозитной арматурой при статическом и кратковременном динамическом нагружении : монография. Томск : Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2021. 204 c. EDN PLFMCY.

18. Кудяков А.И., Плевков В.С., Белов В.В., Невский А.В., Кудяков К.Л. Технология и состав углеродофибробетона с повышенной однородностью прочностных показателей // Вопросы материаловедения. 2016. № 1 (85). С. 66–72. EDN WANUNL.

19. Кудяков В.А., Кудяков А.И., Лукьянчиков С.А., Кудяков К.Л. Управление технологическими процессами производства модифицированных бетонов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. № 6 (65). С. 116–126. EDN ZWJBCF.

20. Nevsky A., Kudyakov K., Danke I., Kudyakov A., Kudyakov V. Improvement of cement concrete strength properties by carbon fiber additives // AIP Conference Proceedings. 2016. DOI: 10.1063/1.4937875

21. Falikman V., Solovyov V., Nurtdinov M. Mechanical properties and durability of FRC with glass-polymer composite fiber // FIB 2018 — Proceedings for the 2018 fib Congress: Better, Smarter, Stronger. 2019. Pр. 2490–2500. EDN SZSFHL.

22. Mukhamediev T.A., Falikman V.R. Design of externally bonded FRP systems for strengthening of concrete structures // Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting IV. 2015. Pp. 183–184. DOI: 10.1201/b18972-116

23. Тамразян А.Г., Федорова Н.В. Оценка надежности железобетонных конструкций, усиленных углепластиковым внешним армированием // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2016. № 6 (366). С. 226–231. EDN YRWXXF.

24. Маилян Д.Р., Георгиев С.В. К определению прогибов гибких внецентренно сжатых железобетонных стоек, усиленных в поперечном направлении композитными материалами // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 2. № 2. С. 32–41. DOI: 10.22227/2949-1622.2023.2.32-41. EDN WQETQQ.

25. Мухамедиев Т.А., Кузеванов Д.В. К расчету по прочности изгибаемых конструкций из бетона с композитной полимерной арматурой // Строительная механика и расчет сооружений. 2016. № 4 (267). С. 18–22. EDN WHMCOH.

26. Мухамедиев Т.А. К расчету конструкций из бетона с полимерной композитной арматурой // Вестник НИЦ Строительство. 2020. № 4 (27). С. 65–71. DOI: 10.37538/2224-9494-2020-4(27)-65-71. EDN SOQOZY.

27. Мухамедиев Т.А. Изменения в своде правил по проектированию конструкций из бетона с полимерной композитной арматурой // Вестник НИЦ Строительство. 2021. № 3 (30). С. 51–55. DOI: 10.37538/2226-9696-2021-3(30)-51-55. EDN VIDGQT.

28. Бегунова Н.В., Грахов В.П., Возмищев В.Н., Кислякова Ю.Г. Сравнительная оценка результатов испытаний бетонных балок с композитной арматурой и расчетных данных // Наука и техника. 2019. Т. 18. № 2. С. 155–163. DOI: 10.21122/2227-1031-2019-18-2-155-163. EDN ZBFCNL.

29. Захиди М.З., Никулин А.И. Определение трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов с применением преднапряженной композитной арматуры // Наука и инновации в строительстве : сб. докл. III Междунар. науч.-практ. конф. к 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова. 2019. С. 59–64. EDN RIWAAE.

30. Белуцкий И.Ю., Сим А.Д. К оценке трещиностойкости железобетонных изгибаемых элементов, армированных композитной арматурой // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2016. № 4 (43). С. 95–102. EDN YGJESN.

31. Кузьмин Д.А., Ивасюк И.М., Тишков Е.В. Сравнение изгибаемых бетонных элементов, армированных стальной и стеклопластиковой арматурой // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 12. С. 35–40. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.12.35-40. EDN KVQRWN.

32. Лапшинов А.Е., Борисов А.В. Безопасность применения изгибаемых бетонных конструкций, армированных стеклокомпозитной арматурой // Композиты и наноструктуры. 2020. Т. 12. № 1 (45). С. 25–30. EDN FIYPDI.

33. Ветрова О.А. Экспериментальные исследования деформативности бетонных балок, армированных композитной арматурой // Известия Юго-Западного государственного университета. 2020. Т. 24. № 1. С. 103–114. DOI: 10.21869/2223-1560-2020-24-1-103-111. EDN KLKOCX.

34. Антаков И.А. Особенности работы изгибаемых элементов с композитной полимерной арматурой под нагрузкой // Жилищное строительство. 2018. № 5. С. 15–18. EDN XQKXFB.