Экспериментальные исследования несущей способности балок составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП)

Введение. В статье рассматриваются результаты натурных испытаний балок составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП) для оценки их несущей способности и прогибов. Актуальность исследования обусловлена ограничением применения сплошных балок из пултрузионных стеклопластиковых профилей для относительно больших пролетов, что требует применения балок составного сечения. Разработаны конструктивные решения балок составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей, пояса которых выполнены из парных уголков, со сплошной и перфорированной стенками. В настоящее время отсутствует действующая нормативная документация на уровне сводов правил или ГОСТ, в которых приведена методика расчета несущей способности для составных сечений из ПСП, особенно балок с перфорированной стенкой.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования выполнялись на трехточечный изгиб. В процессе натурных испытаний фиксировались вертикальные перемещения балок и деформации стенки относительно полок.

Результаты. По результатам натурных испытаний определены несущая способность, прогибы составной двутавровой балки со сплошной и перфорированной стенками. Проведен сравнительный анализ с результатами экспериментальных и численных исследований.

Выводы. Значимость натурных испытаний заключается в оценке несущей способности и прогибов балок составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей при трехточечном изгибе, возможности дальнейшего развития и совершенствования методики их расчета.

1. Кузнецов И.Л., Салахутдинов М.А., Арипов Д.Н., Фахрутдинов А.Э. Разработка и экспериментальные исследования конструкций навеса над трибунами из пултрузионных стеклопластиковых профилей // Известия вузов. Строительство. 2019. № 9. С. 96–108. DOI: 10.32683/0536-1052-2019-729-9-96-108. EDN PUHXJW.

2. Сулейманов А.М. Эффективные композиционные материалы строительного назначения // Полимерные композиционные материалы нового поколения для гражданских отраслей промышленности : сб. докл. научн. конф. Всеросс. науч.-исслед. институт авиационных материалов. М., 2015. С. 184–195. EDN UUZBZX.

3. Шакиров А.Р., Сулейманов А.М. Выбор конструктивно-подобного образца для испытания на ползучесть клеевых соединений элементов усиления конструкций // Известия КГАСУ. 2023. № 4 (66). С. 8–16. DOI: 10.52409/20731523_2023_4_8. EDN AIRICV.

4. Антаков И.А., Сулейманов А.М. Деформативность изгибаемых бетонных элементов, армированных полимерной композитной арматурой // Известия КГАСУ. 2023. № 3 (65). С. 101–109. DOI: 10.52409/20731523_2023_3_101. EDN HJVCIL.

5. Fiore V., Calabrese l., Scalici T., Valenza A. Evolution of the bearing failure map of pinned flax composite laminates aged in marine environment // Composites Part B Engineering. 2020. No. 187. Р. 107864. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.107864

6. Гимранов Л.Р., Гайнетдинов Р.Г., Багаутдинов Р.М., Атяшева И.С. Составная балка с гофрированной стенкой из тонкостенных оцинкованных профилей // Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 4. С. 29–36. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.04.29-36. EDN EQIPVY.

7. Lei Cao, Dan Zeng, Yang Liu, Zhaochao Li, Hao Zuo. Deflection calculation method for UHPC composite beams considering interface slip and shear deformation // Engineering Structures. 2023. No. 281 (5). Р. 115710. DOI: 10.1016/j.engstruct/2023/115710

8. Zeinali E., Nazari A., Showkati H. Experimental-numerical study on lateral-torsional buckling of PFRP under pure bending // Composites Structures. 2020. No. 237 (1). P. 111925. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.111925

9. Correia J.R., Branco F.A., Silva N.M., Camotim D., Silvestre N. et al. First-order, buckling and post-buckling behaviour of GFRP pultruded beams. Part 1: experimental study // Comput Struct. 2011. No. 89 (21–22). Рр. 2052–64. DOI: 10.1016/j.compstruc.2011.07.005

10. Estep D.D. Bending and shear behavior of pultruded glass fiber reinforced polymer composite beams with closed and open sections. West Virginia University, 2014.

11. Fernandes L.A., Gonilha J., Correia J.R., Silvestre N., Nunes F. et al. Web-crippling of GFRP pultruded profiles. Part 1: experimental study // Compos. Struct. 2015. No. 1 (120). Рр. 655–577.

12. Liu T., Harries K.A. Flange local buckling of pultruded GFRP box beams // Compos. Struct. 2018. No.1. Vol. 189. Рр. 463–472. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.01.101

13. Vieira J.D., Liu T., Harries K.A. Flexural stability of pultruded glass fibre-reinforced polymer I-sections // Proceedings of the Institution of Civil Engineers — Structures and Buildings. 2017. No. 171 (11). Рр. 855–866. DOI: 10.1680/jstbu.16.00238

14. Ganesan G., Kumaran G. An experimental study on the behaviour of GFRP pultruded I beam reinforced with CFRP laminates // International Journal of Advanced Technology and Engineering Exploration. 2018. No. 5 (45). Рр. 232–242. DOI: 10.19101/IJATEE.2018.545012

15. Vieira E.D., Vieira J.D., Cardoso D.C. Local buckling of pultruded GFRP I-section subject to bending // Conference : Brazilian Conference on Composite Materials. 2018. DOI: 10.21452/bccm4.2018.06.05

16. Каюмов Р.А., Шакирзянов Ф.Р., Гимранов Л.Р., Гимазетдинов А.Р. Определение характеристик вязкоупругой модели стеклопластика по результатам изгиба труб квадратного сечения // Известия КГАСУ. 2022. № 2 (60). С. 37–44. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_37. EDN BYHQBR.

17. Liu T. Stability behavior of pultruded glass-fiber reinforced polymer I-Sections subject to flexure (Doctoral dissertation, University of Pittsburgh). 2017. URL: https://d-scholarship.pitt.edu/31511/1/LiuT_ETDPITT2017.pdf.

18. Cardoso D.C., Vieira J.D. Comprehensive local buckling equations for FRP I-sections in pure bending or compression // Composite Structures. 2017. No. 15 (182). Рр. 301–10. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.09.027

19. Kasiviswanathan M., Upadhyay A. Flange buckling behaviour of FRP box-beams: a parametric study // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2018. No. 37 (2). Рр. 105–17. DOI: 10.1177/0731684417736142

20. Kasiviswanathan M., Upadhyay A. Effect of Shear Lag on Buckling of FRP Box-Beams / Rao A., Ramanjaneyulu K. (eds.) // Recent Advances in Structural Engineering. Vol. 2. Lecture Notes in Civil Engineering.Vol. 12. Singapore, 2019. DOI: 10.1007/978-981-13-0365-4_65

21. Каюмов Р.А., Луканин С.А., Паймушин В.Н., Холмогоров С.А. Идентификация механических характеристик армированных волокнами композитов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2015. Т. 157. Кн. 4. С. 112–132. EDN VBEYRR.

22. Martins D., Proenca M., Correira J.R., Gonilha J., Arruda M., Silvestre N. Development of a novel beam to column connection system for pultruded GFRP tubular profiles // Composite Structures. 2017. No. 171. Pр. 263–276. DOI: 10.1016/j.compstruct. 2017.03.049

23. Satasivam S., Feng P., Bai Y., Caprani C. Composite actions within steel-FPR composite beam systems with novel blind bolt shear connections // Engineering structures. 2017. No. 138. Рр. 63–73. DOI: 10.1016/.engstruct.2017.01.068

24. Кузнецов И.Л., Фахрутдинов А.Э., Арипов Д.Н. Исследование болтовых соединений элементов из пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП) // Полимерные композитные материалы нового поколения. Трансфер инноваций из авиации в приоритетные сектора экономики России : сб. ст. Всеросс. науч.-техн. конф. ВИАМ. Ульяновск, 2018. С. 6–15.

25. Mutsuyoshi H., Nguyen H., Zatar W., Ishihama T. Flexural behavior of pultruded hybrid fiber-reinforced polymer I-beam with bonded-and-bolted splice joints // Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board. 2016. No. 2592 (1). Pр. 45–55. DOI: 10.3141/2592-06

26. Sebastian W.M., Ross J., Keller T., Luke S. Load response due to local and global indeterminacies of FRP-deck bridges // Composites Part B: Engineering. 2012. Vol. 43. No. 4. Pр. 1727–1738. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.01.061

27. Adilardi A., Russo S. Innovative design approach to a GFRP pedestrian bridge: Structural aspects, engineering optimization and maintenance // Proc., 15th Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management. CRC Press. Balkema, Taylor and Francis Group, Leiden, Netherlands, 2010. Pр. 2455–2459.

28. Салахутдинов М.А., Каюмов Р.А., Арипов Д.Н., Ханеков А.Р. Численное исследование несущей способности балки составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей // Известия КГАСУ. 2022. № 2 (60). C. 15. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_15. EDN BHRXOY.