Прочность и деформативность складчатых элементов из текстильно-армированного бетона

Введение. Исследуется поведение складчатых элементов из текстильно-армированного бетона при нагружении. Текстильно-армированный бетон — относительно новый строительный материал, привлекающий все больший интерес исследователей. Поскольку плоские конструкции из текстильно-армированного бетона являются тонкими в сечении, они не подходят для покрытия пролетных зданий и сооружений. Однако при этом текстильно-армированный бетон хорошо подходит для изготовления складчатых покрытий, аналогичных покрытиям из армоцемента. Цель исследования — изу-чение прочностных свойств поперечных сечений складок из текстильно-армированного бетона под нагрузкой.

Материалы и методы. В рамках работы запроектированы, изготовлены и испытаны опытные образцы складок из текстильно-армированного бетона с армированием основовязаными сетками из щелочестойких стеклянных волокон (AR) и углеродных волокон (C). По результатам испытаний проведено сравнение свойств складок в зависимости от их формы (треугольная или трапецеидальная) и типа армирования.

Результаты. Средняя разрушающая нагрузка для треугольных складок составила 5,9 кН для неармированных образцов, 4,8 кН для образцов, армированных AR-ровингами, и 3,6 кН для образцов, армированных C-ровингами. Для трапецеидальных складок средняя разрушающая нагрузка — 8,0 кН для неармированных образцов, 8,7 кН для AR-армирования и 10,7 кН для C-армирования. Средняя прочность мелкозернистого бетона на сжатие — 25,08 МПа. Прочность элементов складок на изгиб — 7,29 МПа для неармированных образцов, 9,33 МПа для AR-армированных образцов и 15,4 МПа для C-армированных образцов.

Выводы. Существующей в настоящее время нормативной базы недостаточно для широкого применения изделий из текстильно-армированного бетона в строительстве. На сегодняшний день имеются разрозненные экспериментальные и теоретические наработки по механическим свойствам материала и поведению конструкций из текстильно-армированного бетона под нагрузкой. Приведены экспериментальные сведения о поведении складчатых элементов из текстильно-армированного бетона под нагружением.

1. Киричков И.В. Тенденции развития складчатого формообразования в современной архитектуре // Архитектура и дизайн. 2019. № 2. С. 7–16. DOI: 10.7256/2585-7789.2019.2.30833. EDN LGTSQW.

2. Van der Woerd J.D., Chudoba R., Scholzen A., Hegger J. Oricrete // Beton- und Stahlbetonbau. 2013. Vol. 108. Issue 11. Рр. 774–782. DOI: 10.1002/best.201300057

3. Valeri P., Guaita P., Baur R., Ruiz M.F., Fernández-Ordóñez D., Muttoni A. Textile reinforced concrete for sustainable structures: Future perspectives and application to a prototype pavilion // Structural Concrete. 2020. Vol. 21. Issue 6. Рр. 2251–2267. DOI: 10.1002/suco.2019-00511

4. Spartali H., van der Woerd J.D., Hegger J., Chudoba R. Stress redistribution capacity of textile-reinforced concrete shells folded utilizing parameterized waterbomb patterns // The 2022 Annual Symposium of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS 2022). 2022. Рр. 96–106. DOI: 10.5281/zenodo.10812858

5. Ярмош Т.С., Храбатина Н.В., Мирошниченко В.В. Складчатые конструкции. Перспективы развития новых форм // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 12. С. 71–75. DOI: 10.12737/22829. EDN XBFADR.

6. Du W., Liu Q., Zhou Z., Uddin N. Experimental investigation of innovative composite folded thin cylindrical concrete shell structures // Thin-Walled Structures. 2019. Vol. 137. Рр. 224–230. DOI: 10.1016/j.tws.2019.01.014

7. Lee M., Mata-Falcón J., Kaufmann W. Load-deformation behaviour of weft-knitted textile reinforced concrete in uniaxial tension // Materials and Structures. 2021. Vol. 54. Issue 6. DOI: 10.1617/s11527-021-01797-5

8. Zhu D., Bai X., Yao Q., Rahman M.Z., Li X., Yang T. et al. Effects of volume fraction and surface coating of textile yarns on the tensile performance of AR-glass textile reinforced concrete // Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 71. P. 106420. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.106420

9. Kapsalis P., Tysmans T., Hemelrijck D.V., Triantafillou T. State-of-the-art review on experimental investigations of textile-reinforced concrete exposed to high temperatures // Journal of Composites Science. 2021. Vol. 5. Issue 11. P. 290. DOI: 10.3390/jcs5110290

10. Alma’aitah M., Ghiassi B. Development of cost-effective low carbon hybrid textile reinforced concrete for structural or repair applications // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 341. P. 127858. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127858

11. Kurban M., Babaarslan O., Çağatay İ.H. Investigation of the flexural behavior of textile reinforced concrete with braiding yarn structure // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 334. P. 127434. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127434

12. Nikravan A., Aydogan O.G., Dittel G., Scheurer M., Bhat S., Ozyurt N. et al. Implementation of continuous textile fibers in 3d printable cementitious composite // Lecture Notes in Civil Engineering. 2023. Рр. 1243–1252. DOI: 10.1007/978-3-031-32519-9_126

13. Zhang M., Deng M. Tensile behavior of textile-reinforced composites made of highly ductile fiber-reinforced concrete and carbon textiles // Journal of Building Engineering. 2022. Vol. 57. P. 104824. DOI: 10.1016/j.jobe.2022.104824

14. Preinstorfer P., Yanik S., Kirnbauer J., Lees J.M., Robisson A. Cracking behaviour of textile-reinforced concrete with varying concrete cover and textile surface finish // Composite Structures. 2023. Vol. 312. P. 116859. DOI: 10.1016/j.compstruct.2023.116859

15. Alwis L., Bremer K., Roth B. Fiber optic sensors embedded in textile-reinforced concrete for smart structural health monitoring: a review // Sensors. 2021. Vol. 21. Issue 15. P. 4948. DOI: 10.3390/S21154948

16. Becks H., Bielak J., Camps B., Hegger J. App-lication of fiber optic measurement in textile-reinfor-ced concrete testing // Structural Concrete. 2022. Vol. 23. Issue 4. Рр. 2600–2614. DOI: 10.1002/suco.202100252

17. Orlowsky J., Beßling M., Kryzhanovskyi V. Prospects for the use of textile-reinforced concrete in buildings and structures maintenance // Buildings. 2023. Vol. 13. Issue 1. P. 189. DOI: 10.3390/buildings13010189

18. Paul S., Gettu R., Arnepalli D.N., Samanthula R. Experimental evaluation of the durability of glass Textile-Reinforced concrete // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 406. P. 133390. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.133390

19. Столяров О.Н. Тонкостенные строительные конструкции из текстильно-армированного бетона : дис. … д-ра техн. наук. СПб., 2023. 334 с. EDN LYPMCK.

20. Alma’aitah M., Ghiassi B., Dalalbashi A. Durability of textile reinforced concrete: existing knowledge and current gaps // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. Issue 6. P. 2771. DOI: 10.3390/app11062771

21. Botelho Goliath K., Daniel D.C., de A. Silva F. Flexural behavior of carbon-textile-reinforced concrete I-section beams // Composite Structures. 2021. Vol. 260. P. 113540. DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.113540

22. Friese D., Scheurer M., Hahn L., Gries T., Cherif C. Textile reinforcement structures for concrete construction applications : a review // Journal of Composite Materials. 2022. Vol. 56. Issue 26. Рр. 4041–4064. DOI: 10.1177/00219983221127181

23. Stüttgen S., Akpanya R., Beckmann B., Chudoba R., Robertz D., Niemeyer A.C. Modular construction of topological interlocking blocks — an algebraic approach for resource-efficient carbon-reinforced concrete structures // Buildings. 2023. Vol. 13. Issue 10. P. 2565. DOI: 10.3390/buildings13102565

24. Vakaliuk I., Scheerer S., Curbach M. Vacuum-assisted die casting method for the production of filigree textile-reinforced concrete structures // Buildings. 2023. Vol. 13. Issue 10. P. 2641. DOI: 10.3390/buildings-13102641

25. Vakaliuk I., Scheerer S., Curbach M. Numerical analysis of textile reinforced concrete shells: force interaction and failure types // CivilEng. 2024. Vol. 5. Issue 1. Рр. 224–246. DOI: 10.3390/civileng5010012

26. Vakaliuk I., Scheerer S., Curbach M. The numerical analysis of textile reinforced concrete shells: basic principles // Applied Sciences. 2024. Vol. 14. Issue 5. P. 2140. DOI: 10.3390/app14052140

27. Донцова А.Е., Столяров О.Н. Проектирование и изготовление прототипов тонкостенных бетонных пространственных конструкций покрытий для экспериментальных исследований // Современные строительные материалы и технологии. 2023. С. 66–71. EDN JQSAXP.

28. Донцова А.Е., Столяров О.Н. Облегченные складчатые конструкции из текстильно-армированного бетона // Неделя науки ИСИ : сб. мат. Всерос. конф. 2023. С. 391–393. EDN FBKXFT.

29. Донцова А.Е., Ольшевский В.Я., Столяров О.Н. Композитные трубы из текстильно-армированного бетона в инженерных системах зданий и сооружений // Неделя науки ИСИ : мат. Всерос. конф. 2021. С. 10–12. EDN IGCRCF.

30. Донцова А.Е., Ольшевский В.Я., Столяров О.Н. Мониторинг утечек воды в бетонных конструкциях с использованием встроенных датчиков на основе углеродных нитей // Строительство и техногенная безопасность. 2022. № 26 (78). С. 71–80. EDN HGBALR.

31. Stolyarov O.N., Dontsova A.E., Kozinetc G.L. Structural behavior of concrete arches reinforced with glass textiles // Magazine of Civil Engineering. 2023. № 6 (122). DOI: 10.34910/MCE.122.2. EDN SBCQRH.

32. Glowania M., Weichold O., Hojczyk M., Seide G., Gries T. Neue Beschichtungsverfahren für PVA-Zement-Composite in textilbewehrtem Beton. 2009.

33. Dilthey U. Application of polymers in textile reinforced concrete: From the interface to construction elements // ICTRC’2006 — 1st International RILEM Conference on Textile Reinforced Concrete. 2006. Рр. 55–64. DOI: 10.1617/2351580087.006

34. Dilthey U., Schleser M. Composite Improvement of TRC by Polymeric Impregnation of the Textiles // International Symposium Polymers in Concrete. 2006. P. 446.

35. Quadflieg T., Leimbrink S., Gries T., Stolyarov O. Effect of coating type on the mechanical performance of warp-knitted fabrics and cement-based composites // Journal of Composite Materials. 2018. Vol. 52. Issue 19. Рр. 2563–2576. DOI: 10.1177/0021998317750003

36. Vakaliuk I., Scheerer S., Curbach M. Numerical Analysis of TRC Shells — Force Interaction and Failure Types. 2023. DOI: 10.20944/preprints202312.0700.v1

37. Koriakovtseva T.A., Dontsova A.E., Nemova D.V. Mechanical and thermal properties of an energy-efficient cement composite incorporating silica aerogel // Buildings. 2024. Vol. 14. Issue 4. P. 1034. DOI: 10.3390/buildings14041034

38. Коряковцева Т.А., Заборова Д.Д. Испытания экологического бетонного композита на основе растительной добавки и угольного фильтра // Строительство и техногенная безопасность. 2023. № 30 (82). С. 47–57. EDN TVFVAF.