Руководство по проектированию...

- 1 -

Руководство по проектированию

для

FRP систем компании S&P

Источник: www.frp.at

Примечание: Расчетные модели и программное обеспечение “FRP Lamella/FRP Colonna” базируются на параметрах материалов S&P – усиляющих волокон и клеевых систем. Если Вы используете материалы других производителей, то требуемое по расчету поперечное сечение ФАП* и длина анкеровки проверенные программным обеспечением являются недействительными. В этом случае производитель отказывается от дальнейшей ответственности.

Данное программное обеспечение может быть использовано бесплатно для определения параметров усиления S&P систем. Для любых других случаев использования данного программного обеспечения, лицензионный сбор подлежит уплате в пользу S&P Clever Reinforcement Company AG. Пользователь соглашается с этими требованиями во время установки программного обеспечения.

*ФАП (FRP) – фиброармированные полимеры.

http://www.frp.at/

- 2 -

Содержание

1. Введение 2. S&P ФАП системы 3. Типы волокон для S&P ФАП систем 4. S&P ФАП ткани для местного усиления

4.1 S&P A-Sheet 120 4.2 S&P A-Strap 4.3 S&P C-Sheet 240 4.4 S&P C-Sheet 640 4.5 S&P G-Sheet 50/50 4.6 S&P G-Sheet 90/10 Тип A 4.7 S&P G-Sheet 90/10 Тип B 4.8 S&P Saturant для местного применения 4.9 S&P Resicem 4.10 S&P Resin Epoxy 55/50

5. S&P C-FRP ламели 5.1 Эпоксидный клей S&P Resin 220 5.2 S&P C-FRP пластики для усиления изгибаемых систем 5.3 S&P анкера на концах ФАП углепластиков 5.4 Усиление путем вклейки S&P ламелей в пазы 5.5 Усиление по изгибу с помощью преднапряженных S&P ФАП пластиков

6. Усиление приопорных зон для восприятия поперечных сил 7. Усиление колонн

7.1 Усиление колонн с преднапряжением 8. Мероприятия по огнезащите усиленных элементов 9. Повышение сейсмоустойчивости железобетонных колонн и рам с помощью

ФАП 10. Защита против взрывов и ударов с помощью S&P ФАП систем 11. Повышение сейсмоустойчивости каменной кладки с помощью S&P ФАП

систем 12. Обзор S&P ФАП продуктов. 13. Список литературы

- 3 -

1. Введение

Проектирование и производство строительных элементов из железобетона базируется на усилиях и нагрузках, действующих на конструкцию. Эти нагрузки закреплены в различных строительных нормах. Однако во время эксплуатации сооружения нагрузки на элементы конструкции могут меняться по следующим причинам:

- изменение расчетной схемы конструкции

- старение материала сооружения

- уменьшение несущей способности из-за коррозии арматуры

- изменения в проекте по сейсмо- и огнестойкости

- увеличение нагрузок на сооружение

Увеличение нагрузок на конструкцию является необходимой предпосылкой для разработки комплексного решения этой проблемы. Традиционные методы усиления железобетонных конструкций:

- применение торкрет-бетона с дополнительным армированием

- установка дополнительной внешней арматуры

- внешнее преднапряжение

- установка дополнительных поддерживающих колонн и балок

- установка внешних стальных хомутов для усиления по сдвигу

В качестве альтернативы традиционным методам могут использоваться ФАП композиты.

2. S&P ФАП системы

Арматурная сталь и волокнистые композиты имеют различные физические свойства. В то время как сталь показывает себя как идеальный упругопластический материал, все ФАП системы являются линейно-упругими. Эти отличия должны быть приняты во внимание при проектировании.

Волокна ФАП системы объединяются в однонаправленную или двунаправленную матрицу. ФАП композиты используются для модификации существующих железобетонных конструкций.

Однонаправленные полотна:

Продольные волокна связаны друг с другом и поставляются в виде полотна.

Параллельные волокна натягиваются до их связывания, это придает полотну высокий модуль упругости. Они особенно хорошо увеличивают жесткость элемента.

- 4 -

Двунаправленные полотна

В плетеных полотнах волокна имеют волнистую форму. Поэтому этот продукт слабо подходит для увеличения жесткости конструкции. Двунаправленные полотна хорошо подходят для увеличения пластичности железобетонного элемента.

Однонаправленные и двунаправленные ФАП ткани

Для обеспечения передачи нагрузки на ФАП полотна применяется холодная или термическая полимеризация эпоксидной смолы.

Холодная полимеризация эпоксидной смолы (S&P Saturant):

Применяется для сухого монтажа однонаправленных и двунаправленных полотен с поверхностной плотностью до 400 г/м2.

Способ применения: Холодная полимеризующаяся смола наносится на конструктивный элемент. Затем чистое полотно приклеивается на конструкцию.

Для растянутых и плетеных полотен с плотностью 400-800 г/м2 применяется мокрая наклейка.

Способ применения: Полотна пропитываются клеем и наклеиваются на поверхность железобетонного элемента.

Пропитывающая машина от S&P была специально разработана для мокрой наклейки материала. Это оборудование гарантирует отличную пропитку S&P полотна.

Термическая полимеризация эпоксидной смолы:

Однонаправленные и двунаправленные полотна пропитываются термически полимеризованным эпоксидным адгезивом и доставляется до места при низких температурах. Термическая полимеризация завершается при тепловой обработке эпоксидной смолы на строительном элементе. Этот тип ФАП называется Prepreg и обычно используется в авиатехнике и спорт индустрии. Система Prepreg не рекомендуется для усиления железобетонных конструкций.

ФАП ламели (углепластики)

ФАП пластины поставляются на стройплощадку в виде композита. Пропитка волокон смолой и термическая полимеризация осуществляются производителем в заводских условиях. S&P производит одно и двунаправленные ламинаты согласно индивидуальным требованиям проекта. Самые известные ФАП ламели, используемые для усиления конструкций – углепластики S&P Laminate.

- 5 -

3. Типы волокон для S&P ФАП систем

Рис. 1: график напряжений и деформаций

Тип волокна Модуль упругости,

ГПа

Предел прочности,

МПа

C (углерод) 240-640 2500-4000

A (арамид) 120 3000-4000

G (стекло) 65-70 1700-3000

Полиэстер (PES)

12-15 2000-3000

S&P производит полотна на заказ из одного типа волокон, либо из комбинации различных типов волокон. Преимущества и недостатки различных волокон приведены ниже:

E-стекло: Волокна без покрытия, корродируют в щелочной среде. Для G-ФАП используемых при обмотке элементов используется больший коэффициент понижения предельной растягивающей силы. Эти полотна обычно используются для увеличения сейсмоустойчивости железобетонных конструкций.

AR-стекло: Щелочноустойчивое стекло, также подходит для обертывания конструкций. Ввиду повышенной прочности коэффициент надежности по предельному напряжению ниже, чем для Е-стекла. Поэтому AR-стекло часто является более экономичным материалом, по сравнению с Е-стеклом.

Арамид: Арамид – очень жесткий материал. Арамидные элементы используются, например, в производстве бронежилетов. Для конструкций из железобетона большая жесткость проявляет свои преимущества только в некоторых случаях, таких как усиление колонн. Идеальным вариантом применения является усиление колонн преднапряженными арамидными волокнами. Арамид особенно хорошо обеспечивает защиту от ударов и взрывов.

Углеродные

волокна: Углеродные волокна имеют ряд преимуществ при применении их в увеличении несущей способности конструкции:

- высокий модуль упругости

- минимальный коэффициент температурного расширения (в ~50 раз меньше стали)

- высокие усталостные характеристики

- отличная устойчивость к агрессивным средам

- не корродирует

- выдерживает множество циклов замораживание-оттаивание

- 6 -

4. S&P ФАП полотна для местного усиления

S&P полотна могут наноситься сухим или мокрым способом. Основная функция клея – передача нагрузки между волокнами усиления и элементом конструкции. Определение параметров усиления базируется на площади поперечного сечения усиления и на усилии, которое оно может воспринимать.

Теоретическая толщина полотна определяется отношением веса полотна к плотности волокон.

При наклеивании ФАП систем на элемент конструкции вручную, при расчетах необходимо учитывать понижающий коэффициент для прочностных характеристик материала. Понижающий коэффициент учитывает неидеальность выполнения работ и влияние качества основания на некоторые типы полимеров.

Рекомендуемые понижающие коэффициенты:

однонаправленные S&P C-полотна y=1,1 – 1,2

однонаправленные S&P А-полотна y=1,2 – 1,4

двунаправленные S&P G-полотна y=1,5 – 1,8

Теоретические характеристики S&P полотен приведены ниже.

- 7 -

4.1 S&P A-Sheet 120

Ткань из арамидных волокон для сухого и мокрого наклеивания

Техническая характеристика волокон

(однонаправленных) S&P A-Sheet 120, 290 г/м2

Модуль упругости (кН/мм2) 120

Предел прочности при разрыве (Н/мм2) 2900

Вес волокон (г/м2)

(по основному направлению) 290

Поверхностная плотность (г/м2) 320

Плотность (г/см3) 1,45

Относительное удлинение

при разрыве (%) 2,5

Толщина для определения

веса/плотности волокон (мм) 0,20

Теоретическое поперечное сечение из расчета ширины 1000 мм (мм2)

200

Понижающий коэффициент для проектирования

1,3

(рекомендация S&P)

Усилие растяжения полотна шириной 1000 мм (кН) 2,446

3,1

2900200

Поставка в рулонах:

(специальные ткани по запросу)

Ширина: 300 мм

Длина: 100 м

Применение: Защита от удара

Защита от взрывов

- 8 -

4.2 S&P A-Strap

Лента из арамидных волокон для обмотки с преднапряжением


(однонаправленных) S&P A-Strap

Модуль упругости

(незакрученного волокна) (кН/мм2) 120


Поверхностная плотность (г/м2) (по основному направлению) 15 полос по 19,3 г = 290

Рекомендуемое усилие предварительного натяжения для 15 полос на каждые 1000 мм высоты колонны (ε ~ 1,0 – 1,2%), кН

200

Предельное усилие растяжения при ширине 1000 мм (15 полос) (кН) 580

Поставка в рулонах: Ширина: 30 мм

Длина 50 м

Применение: Обмотка с предварительным

натяжением

Дополнительное сейсмическое усиление опорных строительных элементов

Специальные области применения

- 9 -

4.3 S&P C-Sheet 240

Ткань из углеродных волокон для наклеивания в сухом и влажном состоянии

Технические характеристики (однонаправленные ткани)

200 г/м2 300 г/м

2 400 г/м

2 600 г/м

2

Модуль упругости (кН/мм

2) 240 240 240 240

Предел прочности при разрыве (Н/мм

2) 3800 3800 3800 3800

Вес волокон (г/м2) (по основному направлению)

200 300 400 600

Поверхностная плотность (г/м

2) 230 330 430 640

Плотность (г/см3) 1,7 1,7 1,7 1,7

Относительное удлинение при разрыве (%)

1,55 1,55 1,55 1,55

Толщина для расчета веса/плотности волокон (мм)

0,117 0,176 0,234 0,352

Теоретическое поп. сечение при ширине 1000 мм (мм

2)

177 176 234 352

Понижающий коэффициент

1,2


1,2


1,2


1,2


Разрывное усилие образца шириной 1000 мм (кН)

5,3702,1

3800117

3,5572,1

3800176

0,7442,1

3800234

6,11142,1

3800352

Усилие растяжения при ширине 1000мм при ε = 0,6% для проектирования (кН)

140 211 282 422

Поставка в рулонах: (специальные ткани по запросу)

Ширина: 300 или 600 мм

Длина: 100м


Длина: 100м


Длина: 100м


Длина: 100м

Применение: Увеличение несущей способности по изгибу

Обмотка центрально нагруженных опор

Замена хомутов для опор

Примечание: различные удельные массы поверхности полотна по запросу.

- 10 -

4.4 S&P C-Sheet 640

Ткань из углеродных волокон для наклеивания в сухом и влажном состоянии


(однонаправленных) S&P C-Sheet 640, 400 г/м

2

Модуль упругости (кН/мм2)

640


Вес волокон (г/м2)

(по основному направлению) 400

Поверхностная плотность (г/м2)

430

Плотность (г/см3) 2,1

Относительное удлинение

при разрыве (%) 0,4

Толщина полотна (мм)

0,190

Теоретическая площадь поперечного сечения при ширине полотна 1000 мм (мм

2)

190


1,2


Разрывное усилие образца шириной 1000 мм (кН) 6,419

2,1

2650190

Усилие растяжения при ширине 1000мм при

ε = 0,6% для проектирования (кН) 203




Длина: 50 м

Применение: Внешнее усиление сдвига

Концевая анкеровка углепластика S&P

- 11 -

4.5 S&P G-Sheet E 50/50

S&P G-Sheet AR 50/50

Ткань из алюмоборосиликатного или щелочестойкого стекловолокна для наклеивания в сухом состоянии


(продольное и поперечное направление)

Щелочное стекло (E) Щелочестойкое стекло (AR)

Модуль упругости (кН/мм2) 73 65

Предел прочности при разрыве

(необработанное волокно) (Н/мм2)

3400 3000

Поверхностная плотность (общая 350 г/м

2) (г/м

2)

175 в обоих направлениях 175 в обоих направлениях

Плотность (г/см3) 2,6 2,68

Относительное удлинение при разрыве (%) 4,5 4,3

Толщина полотна (мм) 0,067 0,065

Теоретическая площадь поперечного сечения шириной 1000 мм (мм

2)

67

(только волокна, в каждом направлении)

65

(только волокна, в каждом направлении)


1,4


1,4


Разрывное усилие для проектирования (кН) инаправленикаждомв

7,162

4,1

340067

инаправленикаждомв

3,139

4,1

300065


(специальные полотна по запросу)


Длина: 50 м

Применение: Защита от взрывов

Усиление каменной/кирпичной кладки или строительных сооружений исторического значения

Увеличение сейсмостойкости

- 12 -

4.6 S&P G-Sheet E 90/10A

S&P G-Sheet AR 90/10A

Ткань из алюмоборосиликатного или щелочестойкого стекловолокна для применения в сухом состоянии






(необработ. волокно) (Н/мм2)

3400 3000


2) (г/м

2)

400 г в продольном

направлении

400 г в продольном




4,5 4,3

Толщина для проектирования (мм) 0,154 0,149


2)

154

(Сечение волокна в продольном направлении)

149



1,4


1,4


Разрывное усилие ткани шириной 1000 мм для проектирования (кН)

инаправленипродольномв

0,374

4,1

3400154


3,319

4,1

3000149

Поперечное направление: 10% идентичных волокон проходят в поперечном направлении


(специальные волокнистые ткани по запросу)


Длина: 50 м

Применение: Сейсмическое укрепление опорных строительных элементов сухим способом

- 13 -

4.7 S&P G-Sheet E 90/10B

S&P G-Sheet AR 90/10B

Ткань из алюмоборосиликатного или щелочестойкого стекловолокна для наклеивания во влажном состоянии






(необработанное волокно) (Н/мм

2)

3400 3000


2) (г/м

2)

800 г в продольном направлении

800 г в продольном направлении



4,5 4,3

Толщина для проектирования (мм) 0,308 0,299


2)

308


299



1,4


1,4


Разрывное усилие ткани, шириной 1000 мм (кН) инаправленипродольномв

00,748

4,1

3400308


7,640

4,1

3000299

Поперечное направление: 10% идентичных волокон проходят в поперечном





Длина: 50 м

Применение: Сейсмическое укрепление опорных строительных элементов мокрым способом

- 14 -

4.8 S&P Saturant для местного применения

Рис. 2: конструкции должны быть

паропроницаемыми изнутри наружу. Витрувий

(Римский инженер и архитектор, 50 лет до н.э.)

Во время подготовки поверхности бетона к обмотке композитным материалом изучаются различные физические свойства бетона. 30-50% бетонной поверхности должно оставаться влаго- и паропроницаемой. Поэтому полное покрытие поверхности паронепроницаемым эпоксидным раствором не допускается.

S&P Resicem – последняя разработка цементирующего эпоксидного компонента. Комбинированный эффект достигается благодаря двум компонентам с разными химическими свойствами: цементирующие частицы проникают в микроструктуру эпоксидной смолы. Таким образом, полимерная матрица паронепроницаемая во время монтажа становится паропроницаемой при увеличении давления водяного пара. Цементирующая добавка в полимерной матрице содержит щелочной раствор, который дополнительно защищает внутреннюю арматуру от коррозии. Коэффициент диффузионного сопротивления давлению пара ФАП (толщиной 1 мм) с S&P Resicem в конечном счете составляет 3000-5000. Нанесение материала возможно и на влажное основание.

Определение уровня паропроницаемости покрытия

Sd = μH2O х [толщина слоя (м)] < 4 м

Sd: Сопротивление слоя диффузии водяного пара

H2O: Коэффициент покрытия диффузии пара

S&P Resicem μH2O ≈ 3000-5000 (толщина ФАП 1 мм)

S&P Resin 50/55 (эпоксидная смола) μH2O = 1000000 (толщина ФАП 1 мм)

Из этого следует:

Sd: двухслойное ФАП материал с применением S&P Resicem. Полная толщина покрытия 0,8 мм (полимерная матрица + волокна).

Sd = 4000 x 0,0008 (м) = 3,2 м < 4 м

Следовательно при использовании S&P Resicem гарантируется паропроницаемость ФАП системы.

- 15 -

4.9 S&P Resicem

Паропроницаемая пропитка для полного покрытия конструкции ФАП элементами

Применение

S&P Resicem используется для пропитки следующих тканей:

S&P C-Sheet

S&P G-Sheet

S&P A-Sheet

S&P Resicem может быть использован при сухом и мокром способах наклейки. S&P Resicem также обеспечивает дополнительную щелочную защиту для внутренней арматуры.

Описание продукта

3-х компонентная эпоксидная смола без растворителей с аминным отвердителем. Также может применяться с различными наполнителями и добавками.

Особенности

S&P Resicem защищает конструкцию от щелочных растворов, слабых кислот, солевых растворов, нефтепродуктов и алифатических углеродных гидридов. S&P Resicem устойчив к изменению температур в пределах от -30 до +55 °С при сухой наклейке, и до 40 °С при мокрой наклейке.

Требования к основанию

Бетонная поверхность должна обладать влажностью не более 12%. Поверхность должна быть очищена от слабого бетона, жира и нефтепродуктов.

Нанесение

Компоненты S&P Resicem смешиваются в определенных пропорциях. Порошкообразный компонент (комп. №3) добавляется к смоле (комп. №1). Смешивание производится низкооборотным смесителем. При добавлении отвердителя (комп. №2) требуется повторное тщательное перемешивание. Требуется, чтобы отвердитель был равномерно распределен по всей емкости. Готовый продукт представляет собой гомогенную субстанцию без комков. Температура компонентов во время перемешивания должна быть в пределах 15-20°С. Температура выше рекомендованной сокращает возможное время нанесения материала.

Меры предосторожности

Затвердевший материал S&P Resicem безвреден. Отвердитель (комп. №2) – едкий материал. Также требуются строгие меры предосторожности для исключения контакта кожи со смолой (комп. №1) и отвердителем (комп. №2). Все работы рекомендуется выполнять в резиновых перчатках. В случае попадания опасных материалов на кожу, немедленно промыть

- 16 -

пораженный участок большим количеством воды и мыла. В случае попадания материалов в глаза – сразу промыть большим количеством воды и жидкостью для глаз. Немедленно обратиться к врачу.

Очистка инструмента

В случае перерыва в работе более 15 минут, все инстументы должны быть тщательно очищены с помощью S&P Cleaner.

Указания по безопасности

Указания по риску, технике безопасности и утилизации Вы можете получить из паспорта

безопасности, либо с этикетки на таре.

Техническая характеристика

(нормативные показатели измерены при температуре 20°С и относительной влажности

воздуха 50%)

Плотность 1,36кг/л

Тепловое расширение < 50 х 10-6 м/м°К

Соотношение компонентов смеси 4кг смолы + 2 кг отвердителя + 4 кг порошка = 10 кг

Температура при смешивании +8°С до + 35°С

Время жизнеспособности +10 °С 3 часа

+20°С 50 минут


Время схватывания 4 часа

Время полного отверждения 7 дней

Прочность на разрыв через 7 дней > 20 МПа

Коэффициент упругости +20°С > 5’000 Н/мм2

Морозостойкость и устойчивость к агрессивным средам высокая

Прочность при отрыве от бетона разрушение бетона

Прочность при отрыве от стали > 12 Н/мм2

Прочность при отрыве от ФАП систем > 12 Н/мм2

µ Н2О через 10 дней 16’000

21 день 6’400

35 дней около 5’200

Паропроницаемость увеличивается с возрастом клея

Класс токсичности Комп. I 9

- 17 -

Класс токсичности Комп. II 8

Класс токсичности Комп. III неопасен

Класс транспортировки / UN № Комп. I III / 3082

Комп. II III / 2735

Форма поставки

Одна единица по 10 кг, либо контейнер по 1000 л

Хранение

В оригинальной таре при температуре от +10°С до +25°С не более 24 месяцев

- 18 -

S&P Resin Epoxy 55

S&P Resin Epoxy 50

Ламинирующая смола для неполного покрытия


Эпоксидная смола S&P 55/50 применяется в качестве ламинирующей смолы для следующих

ФАП систем S&P:

S&P С-Sheet

S&P G-Sheet

S&P А-Sheet

Благодаря хорошей смачиваемости и тиксотропности можно покрывать ФАП системы

плотностью до 400 г/м2. Полотна плотностью 400-800 г/м2 предварительно пропитываются

эпоксидной смолой S&P 55/50 и наклеиваются мокрым способом.

Описание материала

Не содержащая растворителей, бесцветная 2-компонентная эпоксидная смола с

отвердителем аминного типа.

Действие

В отвержденном виде эпоксидная смола S&P Resin Epoxy 55/50 устойчива к щелочам,

разбавленным кислотам и растворам солей, минеральным маслам, а также алифатическим

углеводородам. Эпоксидная смола S&P 50/55 устойчива к атмосферному воздействию и

практически не желтеет. Эпоксидная смола S&P 50/55 устойчива к длительно

неизменяющимся температурам и перепадам температур в диапазоне от -30°С до +80°С в

сухой среде и до +40°С во влажной среде.


Эпоксидная смола S&P 50/55 поставляется в определенном соотношении компонентов

смеси. Отвердитель (компонент II) высыпается в смолу (компонент I). Необходимо обращать

внимание на то, чтобы отвердитель был высыпан без остатка. Перемешивание обоих

компонентов необходимо производить низкооборотистым смесителем. Необходимо

перемешать очень тщательно, при этом также основательно промешать по краям и на дне,

для того чтобы отвердитель равномерно распределился в емкости. В результате

перемешивания смесь должна стать однородной, без комков. Для лучшего результата

температура обоих компонентов при перемешивании должна составлять 15°С-20°С. При

более высоких температурах значительно уменьшается время схватывания.

- 19 -

В течение примерно 6-8 часов после нанесения необходимо защищать эпоксидную смолу

S&P 50/55 от воздействия влаги. Если в это время все-таки произойдет воздействие влаги, то

на поверхности возникнет побеление и клейкость, в то время как находящаяся глубже смола

затвердеет без каких-либо недостатков. Побеление и клейкость препятствуют адгезии

последующих слоев покрытия.

Меры предосторожности

После отверждения эпоксидная смола S&P 50/55 безопасна. Отвердитель (компонент II)

едкий материал. Необходимо обязательно обращать внимание на то, чтобы не было контакта

с кожей смолы (компонент I) и отвердителя (компонент II). Во время работ рекомендуется

использование резиновых перчаток. При попадании компонентов на кожу необходимо

немедленно промыть мылом и большим количеством воды пораженный участок. При

попадании брызг в глаза немедленно промыть водой и обработать средством для промывки

глаз (продается в аптеках). Немедленно обратиться к врачу.

Очистка рабочего инструмента

При перерывах в работе > 15 минут все рабочие инструменты необходимо аккуратно и

тщательно очистить и промыть при помощи S&P Cleaner.


Указания по риску, технике безопасности и утилизации Вы можете получить из паспорта

безопасности, либо с этикетки тары.


(нормативные показатели измерены при температуре 20°С и относительной влажности

воздуха 50%)

Плотность 1,11 кг/л

Соотношение компонентов смеси 2:1 (смола к отвердителю)

Тепловое расширение < 70 х 10-6 м/м°К

Температура стеклования 48°С

Температура применения от +8°С до + 35°С

Время переработки при +10 °С 3 часа



Время схватывания 4 часа

- 20 -

Время полного отверждения 7 дней

Прочность на разрыв через 7 дней 35 МПа

Удлинение при разрыве 8 – 10%

Прочность при отрыве от бетона разрушение бетона

Прочность при отрыве от > 15 Н/мм2

стали/ФАП систем

Класс токсичности Комп. I 9

Класс токсичности Комп. II 8

Класс транспортировки / UN № Комп. I III / 3082

Комп. II III / 2735


Одна единица по 6 кг, либо контейнер по 1000 л.

Хранение

В оригинальной таре при температуре от +5°С до +25°С 12 месяцев.

- 21 -

5. S&P С-FRP ламели

S&P C-FRP ламели (углепластики) изготавливаются методом пултрузии. В процессе

производства карбоновые волокна пропитываются эпоксидной смолой и подвергаются

теплообработке. По техническим причинам метод пултрузии ограничивает содержание

волокон в готовом материале на уровне 70%. Эластичные свойства однонаправленных

композитов могут быть найдены из эксплуатационных качеств волокон и вяжущего. Поскольку

модуль упругости и усилие растяжения не учитываются при нахождении характеристик

ламината, учитывается примерно 70% от поперечного сечения ламината.

В то время как проектирование местного усиления основывается на теоретическом

поперечном сечении и свойствах волокон, проектирование с использованием заводских S&P

пластиков основывается на размерах поперечного сечения и свойствах композита.

Контроль качества пластиков S&P гарантируется производителем. Модуль упругости и

нормативное усилие растяжения каждого рулона длиной 150 м контролируется фирмой S&P.

Сертификат качества предоставляется для каждой бобины ламелей по запросу.

Рис. 3: монтаж ламелей S&P Laminate CFK

ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ КОМПОЗИТА

Поскольку параметры пластиков проверяются

фирмой S&P согласно ISO 9001, для ФАП систем,

монтируемых вручную, дополнительный

коэффициент редукции для модуля упругости не

применяется.

Характеристика композита S&P Laminate 150/2000 S&P Laminate 200/2000

Модуль упругости (средний) 165000 МПа 205000 МПа

Напряжение при удлинении:

6‰

8‰

1000 МПа

1300 МПа

1250 МПа

1650 МПа

Специальные углепластики с модулем упругости 300000 МПа могут быть изготовлены по

требованию. Однако применение таких материалов неэкономично ввиду относительно

малого разрывного усилия.

- 22 -

Технические характеристики S&P Laminate CFK

Готовые ламели из углеродного волокна:

Тип: S&P Lamellen CFK 150 / 2000

Тип: S&P Lamellen CFK 200 / 2000

Ламели для наклеивания:

Тип ламели Сечение Сила растяжения

при удлинении 0,6% Сила растяжения

при удлинении 0,8%

150/2000

Модуль упругости: >165 000 Н/мм2

мм2

Расчетная сила растяжения при

напряжении 1000 Н/мм2



50 / 1,2 60 60,0 кН 78,0 кН

50 / 1,4 70 70,0 кН 91,0 кН

60 / 1,4 84 84,0 кН 109,2 кН

80 / 1,2 96 96,0 кН 124,8 кН

80 / 1,4 112 112,0 кН 145,6 кН

90 / 1,4 126 126,0 кН 163,9 кН

100 / 1,2 120 120,0 кН 156,0 кН

100 / 1,4 140 140,0 кН 182,0 кН

120 / 1,2 144 144,0 кН 187,2 кН

120 / 1,4 168 168,0 кН 218,4 кН

200/2000

Модуль упругости:

>210 000 Н/мм2

мм2





50 / 1,4 70 87,5 кН 115,5 кН

60 / 1,4 84 105,0 кН 138,6 кН

80 / 1,4 112 140,0 кН 184,8 кН

90 / 1,4 126 157,5 кН 207,9 кН

100 / 1,4 140 175,0 кН 231,0 кН

120 / 1,4 168 210,0 кН 277,2 кН

- 23 -

Вдавленные в штрабу ламели:

Тип ламели Сечение Максимальное усилие растяжения

150/2000

Модуль упругости: > 165 000 Н/мм2

мм2

Усилие при напряжении

1650 Н/мм2

10 / 1,4 14 23,1 кН

20 / 1,4* 28 46,2 кН

200/2000

Модуль упругости: > 210 000 Н/мм2

мм2

Усилие при напряжении

2050 Н/мм2

10 / 1,4* 14 28,7 кН

20 / 1,4 28 57,4 кН

* - только по запросу для больших объемов поставок.

Поставка

Поставка в рулонах по 100м, 150 м, либо нарезанными по требованию заказчика. По желанию в распоряжение может быть предоставлено раскаточное устройство (стойка бобины). Специальные размеры по запросу.


Ленты из композиционного материала на углеродоволокнистой основе применяются в качестве наклеиваемой на наружную сторону конструкции арматуры с целью усиления изгибаемых несущих конструкций из железобетона, древесины, стали или природного камня.

Область применения

Приведение несущих конструкций в соответствие с новыми требованиями:

- изменение схемы работы;

- увеличение нагрузок.

Улучшение пригодности к использованию:

- уменьшение прогибов;

- гашение колебаний;

- увеличение сейсмостойкости.

Устранение недостатков несущих конструкций:

- повреждения в результате коррозии;

- событие, вызвавшее причинение ущерба конструкции, например, пожар, удар, взрыв и т.д.;

- ошибки при проектировании или строительстве.

- 24 -

Свойства

- незначительный собственный вес;

- малая толщина монтируемого усиления;

- нет необходимости в тяжелой и мощной технике при монтаже;

- очень высокая прочность;

- высокий модуль упругости;

- превосходные характеристики выносливости;

- коррозионостойкость;

- возможно нанесение окрасочного покрытия.

Возможно изготовление специальных ламелей из композиционного материала на углеродоволокнистой основе, например, с коэффициентом упругости 300’000 Н/мм

2. Однако по

причине небольшой эксплуатационной прочности на разрыв применение таких пластин экономически

нецелесообразно.

- 25 -

5.1 Эпоксидный клей S&P Resin 220

Двухкомпонентный клей на основе эпоксидной смолы для углепластиков S&P.


Приклеивание лент из синтетических материалов на углеродной основе S&P Laminate CFK к

бетону и стали.

Описание материала

S&P Resin 220 представляет собой не содержащий растворителей, тиксотропный,

двухкомпонентный клей серого цвета на основе эпоксидной смолы, разработанный

специально для приклеивания углеродоволокнистых лент (S&P Laminate CFK). Свойства

отвержденного клея отвечают специальным требованиям системы усиления элементов

конструкций S&P. Клей прошел системную проверку сцепления при использовании

расчетного программного обеспечения FRP Lamella.

Преимущества

готов к использованию (не требует введения наполнителей);

удобное время рабочей жизнеспособности клея;

высокая клеящая способность;

тиксотропный, благодаря чему не растекается;

высокая механическая прочность;

отверждение с минимальной усадкой;

не содержит растворителей

Подготовка основания

Условием для усиления несущей конструкции лентами Laminate CFK является собственная

прочность основания на отрыв минимум 1,5 Н/мм2. Основание должно быть очищено от

веществ, которые могут негативно повлиять на адгезию (масла, жиры и т.д.). Кроме того, оно

не должно содержать пыли, быть чистым, твердым и максимально сухим.

Максимальная влажность основания: 4%

Возраст бетона в зависимости от климата минимум 3-6 недель.

Примечания

При усилении элементов строительных конструкций системой S&P усилие растяжения из

лент должно передаваться через клей в несущую конструкцию. По этой причине всякий раз

необходимо применять механическую очистку основания. Для этого могут использоваться

такие методы как шлифовка, фрезеровка, пескоструйная очистка и т.д. Перед монтажом

углеродоволокнистых лент все неровности основания должны быть устранены. Данные

технологические операции необходимы для того, чтобы при усилии растяжения не возникало

- 26 -

концентрации напряжений в месте перегиба. На длине 200 см максимальная разница высот

должна быть не более 0,5 см. Подходящий материал для выполнения этого тербования:

выравнивающий раствор S&P Resin 230.

Переработка

- Смешивание:

компоненты перемешать по отдельности, после чего добавить компонент В к компоненту А и

тщательно перемешивать до тех пор, пока цвет не станет равномерно серым. Перелить

перемешанный материал в другой сосуд для обнаружения возможных недостатков

перемешивания. Перемешивать на малых оборотах (<400 об/мин) для минимизации

содержания воздуха в смеси.

- перед нанесением клея поверхность пластины должна быть очищена и обезжирена при

помощи S&P Cleaner;

- при необходимости предварительно нанести на основание шпателем клей толщиной

примерно 1 мм;

- равномерно клинообразно, толщиной примерно 2-3 мм нанести клей на пластину;

- вдавить пластину в предварительно нанесенный клей и при помощи прижимного валика

равномерно утапливать до тех пор, пока с обеих сторон соединения не выдавится клей.

Минимальная толщина оставшегося клея: 1 мм, максимальная толщина: 4 мм;

- нанесение клея на пластину производится наилучшим образом при помощи направляющей

для нанесения «салазка»;

- после отверждения клея проверить приклеенную пластину методом простукивания на

наличие пустот;

- соблюдать требования пожаробезопасности, поскольку эпоксидные клеи только условно

являются температуростойкими;

- поверхность углепластика может быть окрашена для лучшего эстетического восприятия.

Расход

Около 1,75 кг/м2/мм

Очистка

Еще не затвердевший материал может быть удален при помощи S&P Cleaner. Затвердевший

материал может быть удален только механическим способом.


Упаковка по 5 кг или 15 кг.

- 27 -


Указания по технике безопасности и утилизации Вы можете получить из паспорта

безопасности, либо с этикетки тары.


Форма Паста Компоненты А и В

Цвет Светло-серый Компонент А

Черный Компонент В

Плотность ок.1,75 г/см3 Комп. А

ок. 1,75 г/см3 Комп. В

Соотношение 4 : 1 по весу

смеси А : В 4 : 1 по объему

Время нанесения ~ 90 минут при +10°С

материала ~ 60 минут при +20°С

~ 30 минут при +30°С

Прочность на изгиб > 30 Н/мм2

Предел прочности

при сжатии > 90 Н/мм2

Прочность сцепления > 3 Н/мм2 к бетону; возраст 3 дня, 20°С

> 3 Н/мм2 к углепластику

> 2 Н/мм2 к материалу S&P Resin 230

Температура при монтаже

Применять при температуре от +10°С до +35°С

Температура основания должна быть минимум на 3°С выше точки росы!

Условия хранения

Компоненты А + В пригодны для хранения в течение 1 года. Хранение при температуре от

+5°С до +25°С. Замерзший или переохлажденный материал медленно разогреть и

гомогенизировать.

- 28 -

5.2 Проектирование усиления изгибаемых элементов.

Прикрепление углепластиков S&P в растянутой зоне железобетонных элементов

осуществляется с помощью клея S&P Resin 220. Таким образом, в усиленной конструкции

арматура начинает работать в упругопластической стадии, а углепластик работает в упругой

стадии. Расчетные модели изгибной несущей способности усиленных элементов базируются

на результатах испытаний.

Рис. 4: график, показывающий зависимость усилия срыва ламели от расчетной длины анкеровки

(испытания проведены в Брауншвейге, Германия)

Максимальное продольное сдвиговое усилие достигается при оптимальной длине анкеровки

углепластика около 300 мм. Большая длина анкеровки не увеличивает несущую способность

по сдвиговой силе. Максимальное усилие анкеровки углепластика шириной 80 мм составляет

35-40 кН.

Традиционная модель расчета при наклеивании ФАП к бетону базируется на нелинейной

механике хрупкого разрушения. Применимость традиционных моделей расчета была принята

по результатам испытаний для получения санкционирования использования материалов S&P

в Германии. Проверка длины анкеровки в точке теоретического окончания ламината (точка Е)

производится если на конструкцию действует положительный момент. Остаточное

растягивающее напряжение ламината в точке Е соответствует теоретическому

разрушающему напряжению ламината. В случае отрицательного момента (опорное сечение в

неразрезных системах) ламинат анкеруется в точке нулевых моментов с обязательным

добавлением величины смещения и длины анкеровки.

- 29 -

Для наклеенных углепластиков проверка сцепления с поверхностью является одной из

важнейших. Программное обеспечение FRP Lamella может производить необходимые

проверки для S&P ФАП систем. ПО учитывает специфические характеристики S&P

ламинатов и клея S&P Resin 220. Если применяются другие материалы, требуемое

поперечное сечение ФАП системы и проверка длины анкеровки является недействительной.

В этом случае производитель отказывается от какой-либо ответственности.

Надежность крепления ламинатов S&P к несущим балкам была изучена во время

государственных испытаний во Франции, Германии, Великобритании, Южной Корее и т.д.

Разрушение балки произошло при относительном удлинении ламината в 1,3%.

Испытания углепластиков на плитных конструкциях показали, что при достижении

относительного удлинения углеродных волокон 0,6-0,7% может происходить отслоение

углеродных пластин. По этой причине предельно допустимое напряжение для CFK

ламинатов устанавливается при удлинении на уровне 0,6-0,8% в международных

строительных нормах.

Предельные деформации для ненапрягаемых углепластиков в расчетах

принимаются на уровне 0,6-0,8%

- 30 -

5.3 S&P анкер для крепления углепластиков

ПО FRP Lamella автоматически рассчитывает требуемую длину анкеровки. В случае

анкеровки углепластиков в сжатой зоне бетона, не требуется никаких механических

элементов. В случае крутого изменения эпюры моментов, в растянутой зоне бетона, длина

анкеровки рассчитанная в ПО FRP Lamella может оказаться недостаточной. В этом случае

существует два альтернативных решения анкеровки углепластиков.

Типы анкерных систем:

Ширина

ламели

Допускаемая

нагрузка на

анкер

Ширина

пластины

Длина

пластины

Ширина

выемки

для анкера

Длина

выемки для

анкера

Глубина

выемки для

анкера

50 мм 70 кН 120 мм Анкерная

пластина

125 мм

Покрывная

пластина

155 мм

120 мм 180 мм 20 мм

60 мм 85 кН 130 мм 130 мм 180 мм 20 мм

80 мм 115 кН 150 мм 150 мм 180 мм 20 мм

90 мм 130 кН 160 мм 160 мм 180 мм 20 мм

100 мм 140 кН 170 мм 170 мм 180 мм 20 мм

120 мм 168 кН 190 мм 190 мм 180 мм 20 мм

А) Усиление плит.

Рис. 5: патентованная система анкеровки S&P из алюминия для ламелей

Концы углепластиков защемляются двумя алюминиевыми плитами, таким образом

получается надежная анкеровка усиления. Передача усилия бетону передается с помощью

стального анкера.

- 31 -

B) Испытания анкеров

Рис. 6: Испытания в университете Фрибурга, Швейцария

Были проведены испытания данных анкеров

в университете Фрибурга. Система анкеровки

S&P для ненапрягаемых ФАП ламинатов

была протестирована на конструкциях из

бетона разных классов и с различными

типами углепластиков.

Эти испытания определили модель

разрушения и позволили определить

предельную нагрузку на систему анкеровки.

Во всех случаях разрушение происходило по

бетону. Предельная нагрузка зависит от

качества бетона и величины защитного слоя.

Рис. 7: результаты испытаний (бетон B25)

Рис. 8: срыв анкера

Для

ненапрягаемых

углепластиков

шириной 80 мм

допускаемая

нагрузка на

анкер

составляет 150

кН.

C) Усиление балок

Конечные участки ламинатов S&P оборачиваются тканью S&P C-Sheet 640. Таким образом,

усилия с углепластика передаются на балку. Испытания балок на изгиб, с системой анкеров и

без, были проведены в университете Лиссабона.

- 32 -

Рис. 9: схема испытаний, проведенных

в университете Лиссабона.

F1: балка без усиления

F2: усиленная балка

Результаты испытаний показали, что система анкеровки на конечных участках углепластиков

позволяет увеличить несущую способность по изгибающему моменту примерно на 20%.

- 33 -

5.4 Вклеенные в пазы углепластики

Углепластики S&P Laminate CFK 10/1.4 и 15/2.0 шириной 10 и 15 мм, и толщиной 1,4 и 2,0 мм

соответственно специально разработаны для установки в пазы в бетонные или деревянные

конструкции. Для нарезки пазов в конструкции приблизительно 5 мм шириной и 12-20 мм

глубиной используются пилы по бетону. Эти пазы заполняются специальным эпоксидным

клеем, и углепластики вдавливаются в клей.

Рис. 10: вырезка штрабы

Рис. 11: заливка клея

Эффективность данного усиления была проверена в техническом университете Мюнхена.

Результаты испытаний показали отличную силу сцепления между ламинатом и бетоном.

Кроме того, напряжение растяжения в волокнах ламината достигло предельного без

каких-либо сдвиговых разрушений между ламинатом и окружающим бетоном.

Преимущества использования вклеенных ламелей:

Более полное использование преимуществ углеродных волокон, и возможное

снижение расхода углепластика.

Качество бетонной поверхности становится не так важно. Вклеенные ламели также

могут воспринимать нагрузки в сооружениях из кирпичной и каменной кладки.

Вклеенные ламели более экономичны по сравнению с требующими выравнивания и

тщательной очистки наклеенными ламинатами.

Вклеенные ламели защищены от механических воздействий.

Идеальная область применения для вклеенных ламелей – это восприятие отрицательных

моментов надопорных зон в неразрезных системах.

Предельное удлинение для вклеенных в пазы ламелей составляет

8-10 ‰ (для изгибного усиления)

Подбор сечения вклеенных ламелей также может производиться в программе FRP Lamella.

- 34 -

5.5 Усиление конструкций с помощью преднапряженных

углепластиков

Рис. 12: монтаж системы преднапряжения

Фирма S&P производит также системы устройств для предварительного напряжения

углепластиков S&P. Эти системы используются по всему миру исключительно

профессиональными исполнителями.

1. Гидравлический поршень

2. Временный зажим

3. Концевые анкеры

4. Углепластик S&P

Испытания железобетонных плит

Во время серии испытаний проведенных университетом Фрибурга (Швейцария) было изучено

поведение балок, усиленных преднапряженными углепластиками S&P. Все испытания были

проведены с применением материала S&P Laminate сечением 80х1,2 мм.

- 35 -

Условия проведения испытаний

Рис. 13: схема испытания

Рис. 14: поперечное сечение усиленной плиты

Образец Армирование FRP (ФАП) Предварительное

натяжение, ‰

Преднапря

жение,

МПа

Усилие

натяжения

кН гориз. вертик.

LC1 без

усиления

6 Ø12 Ø8 s=150 0 0 0 0

LC5 FRP 6 Ø12 Ø8 s=150 2 ламели S&P CFK

150/2000,

сеч. 80х1,2

0 0 0

LP2 FRP 4‰ 6 Ø12 Ø8 s=150 4,0 640 2х61=122

LP4 FRP 6‰ 6 Ø12 Ø8 s=150 6,0 960 2х92=184

Таблица 1: армирование образцов

Результаты испытаний

Рис. 15: испытания проведены в университете

Фрибурга, Швейцария

Во время испытаний эксплуатационными

нагрузками у изгибаемого строительного

элемента, усиленного ламинатами S&P,

существенно уменьшился прогиб и величина

раскрытия трещин. В связи с

преобладающей силой преднапряжения

трещины в бетоне обжимаются, и элемент

может выдерживать повышенные

эксплуатационные нагрузки.

Предельная нагрузка на элемент в

усиленном состоянии (образец LC5)

существенно увеличивается по сравнению с

неусиленным состоянием. Несущая

способность образцов с ненапрягаемыми

углепластиками увеличилась на 32%, тогда

как с напрягаемыми углепластиками на 82%

при удлинении на 4‰ и на 93% при

удлинении на 6‰.

- 36 -

S&P Laminate

CFK

Характеристика

образца

Разрушающая

нагрузка (кН)

Разрушающий

момент (кНм)


момент в % от

неусиленного

состояния

- LC1 без усиления 16,4 82,6 100

2 х 80/1,2 LC5 FRP 24,0 109,4 132

2 х 80/1,2 LP2 FRP 4‰ 35,3 150,1 182

2 х 80/1,2 LP4 FRP 6‰ 37,9 159,4 193

Таблица 2: разрушающие нагрузки

Выводы

Преднапряженные ламинаты S&P

оказывают положительное влияние

на усиленную конструкцию.

Прогибы и ширина раскрытия

трещин существенно снижаются

под эксплуатационными нагрузками

относительно неусиленного

состояния.

С легким оборудованием для

преднапряжения S&P возможно

вытягивание пластиков до 6‰.

Система преднапряжения

специально разработана для

усиления большепролетных

железобетонных плит.

Рис. 16: график результатов испытаний

Испытания железобетонных балок

Программа исследований была разработана и проведена в университете Гливица (Польша).

Эта программа анализирует режим работы железобетонных балок, усиленных ламинатами

S&P. Балки были усилены напрягаемыми и ненапрягаемыми ламинатами. Исследования

показали различную эффективность усиления. Далее представлены результаты испытаний.8-

метровых железобетонных балок, усиленных ламинатом 90/1,4.

- 37 -

Условия испытаний

Рис. 17: условия испытаний / поперечное сечение

Балка Армирование ФАП материал Предварительн

ое напряжение,

МПа

Усилие

преднапряжения,

кН

B5 (неусиленный)

6 Ø 16 мм

Ry = 340 МПа

- 0 0

B4 C-FRP S&P Laminate

CFK 150/2000

Тип 90/1,4

0 0

B1 C-FRP 3‰ 495 62

B6 C-FRP 6‰ 990 125

Таблица 3: армирование образцов

Результаты испытаний

Балки, усиленные ламинатами S&P показали

значительное увеличение несущей способности

по изгибающему моменту, как в стадии

эксплуатации, так и в случае предельных

нагрузок. Балки B1 и B6, благодаря

предварительному напряжению, показали

значительное уменьшение прогибов по

сравнению с балки B3. Все балки, усиленный

ФАП системами увеличили свою

трещиностойкость. В случае предельных

нагрузок и при разрушении усиленные таким

образом балки более безопасны, т.к. перед

разрушением появляются значительные

прогибы.

Предельные нагрузки, воспринимаемые балкой,

существенно возрастали после усиления.

Разрушающее усилие выросло на 33% при

усилении ненапрягаемыми ламинатами. В

случае с преднапряженными ламинатами

разрушающая нагрузка выросла на 42% при

вытяжке 3‰ и на 58% при вытяжке 6‰.

Рис. 18: испытания в университете Гливица,

Польша

- 38 -

S&P Laminate

CFK

Характеристика

образца

Разрушающая

нагрузка (кН)


момент (кНм)


момент в % от

неусиленного

состояния

- B5 (неусиленный) 122,0 204,1 100

90/1,4 B4 C-FRP 166,2 270,4 133

90/1,4 B1 C-FRP 3‰ 178,6 289,0 142

90/1,4 B6 C-FRP 6‰ 201,6 322,7 158

Таблица 4: разрушающие нагрузки

Рис. 19: графики результатов испытаний

Выводы

Аналогично, как и для железобетонных плит, было обнаружено существенное положительное

влияние для балок, усиленных ламинатами S&P. У опытных балок было зафиксировано

уменьшение прогибов и ширины раскрытия трещин. Значительно возросла предельная

нагрузка.

В предельном состоянии критическое удлинение для

преднапряженных ламинатов S&P составляет 1,0-1,2%

Данные материалы имеют большой потенциал использования в мостовых

конструкциях:

Усиление перегруженных элементов

Внешнее усиление мостов с корродированной напрягаемой арматурой

Ремонт узлов мостовых конструкций

- 39 -

6. Усиление приопорных зон для восприятия поперечных сил

Рис. 20: графики результатов испытаний

Помимо изгибного усиления

железобетонных элементов зачастую

требуется и усиление по сдвиговому

усилию. Усиление достигается

обертыванием балок в поперечном

направлении материалом S&P C-

Sheet 640.

Рис. 21: углеткань S&P C-Sheet 640 для

закрепления сжатой зоны бетона

Рис. 22: углеткань S&P C-Sheet 640 анкеруется

на 150 мм выше нейтральной оси

- 40 -

7. Усиление колонн

Ткани с низким модулем упругости, произведенные из стеклянных или арамидных волокон,

применяются для увеличения пластичности элементов конструкций. Так как цены на сырье из

стеклянных волокон ниже чем арамидных, обычно используются материалы из стеклянных

волокон (S&P G-Sheet 90/10, тип E или AR). Арамидные ткани (S&P A-Sheet 120) идеально

подходят для защиты от ударов и взрывов.

Увеличение пластичности различных ФАП систем было проверено испытаниями на сжатие и

растяжение. В сравнении с эталонной колонной без усиления были задействованы две

колонны усиленные различными ФАП системами:

S&P C-Sheet 240 (углеродное волокно, модуль упругости 240 ГПа) ≈ 1,0 кг

S&P G-Sheet 90/10 (стекловолокно, модуль упругости 65 ГПа) ≈ 3,6 кг

Модуль упругости тканей из волокон стекла на 75% ниже модуля упругости ткани из

углеродных волокон. Поэтому в весовом отношении материала S&P G-Sheet было потрачено

в 4 раза больше.

Рис. 23: испытания попеременного

сжатия-растяжения

……… неусиленный образец

-------- обмотка колонны C-Sheet

_____ обмотка колонны G-Sheet 90/10 (типы А и B)

Рис. 24: результаты испытаний

Результаты испытаний показали большую гибкость колонн, обернутых стекловолокнистыми

тканями, нежели усиленных тканями из углеродных волокон. Именно поэтому строительные

элементы в сейсмоопасных участках предпочтительно усилять тканями из стекловолокна.

- 41 -

В связи с высоким коэффициентом надежности по материалу для стекловолокна, на практике

часто 7 кг ФАП из стеклоткани может быть заменено 1 кг ФАП из углеродной ткани.

В университете Гента в Бельгии были проведениы крупномасштабные испытания круглых

колонн высотой 2,0 м и диаметром 400 мм, усиленных различными ФАП системами.

ФАП системы:

S&P C-Sheet 240

S&P C-Sheet 640

Гибрид карбона и стекловокна

Ткань из стекловолокна

Было зафиксировано увеличение несущей способности колонн, усиленных ФАП. Для

сопоставимых между собой результатов испытаний необходимо использовать следующие

весовые доли элементов усиления:

S&P C-Sheet 240 1,0 кг углеродных волокон

S&P C-Sheet 640 1,6 кг углеродных волокон

Гибрид карбона и стекловокна 2-3 кг волокон

Ткань из стекловолокна 4 кг стекловолокна


Рис. 26: разрушение образца

Обертывание тканями S&P C-Sheet 240 наиболее подходит для увеличения несущей

способности центрально нагруженных круглых колонн. В целом, для получения

аналогичных результатов усиления с помощью 1 кг углеродных волокон, нужно

израсходовать 4 кг стекловолокна.

- 42 -

Также была испытана колонна, покрытая 5 слоями усиления S&P C-Sheet 240:


В результате испытаний несущая способность колонн увеличилась на 57%. В предельном

состоянии осевое сжатие колонн составило 11 мм/м. В стадии эксплуатации такие

деформации недопустимы. Таким образом ткани из углеволокна применяются при

околопредельном нагружении колонн для обеспечения необходимого коэффициента

надежности. Для нагруженных колонн рекомендованный максимальный коэффициент

усиления 1,8-2,0.

Статический расчет для центрально нагруженных колонн может быть выполнен в

программе FRP Colonna.

7.1 Усиление колонн с преднапряжением

Для восприятия значительных сжимающих нагрузок круглых колонн без значительных

продольных деформаций, колонна может быть усилена преднапряженными арамидными

лентами. Внешнее усиление создает эффект обруча.

Трещины в колонне закрываются путем ее обжатия, а также предотвращяется отслоение

защитного слоя бетона. Таким образом, увеличение несущей способности проходит с

минимальнымо возможными продольными деформациями сжатия. Преднапряженные

арамидные ленты S&P отлично подходят для повышения надежности круглых и

прямоугольных колонн.

- 43 -

За счет преднапряжения достигается высокий уровень усиления.

Новая концепция усиления была подтверждена результатами предварительных

испытаний, проведенных совместно с университетами HTA Фрибурга (Швейцария) и FH

Штутгарта (Германия).

В университете Фрибурга были проведены испытания усиленной квадратной

колонны стороной 20 см, высотой 65 и скруглением ребер 2,5 см.

Размеры квадратной колонны:

сторона = 20 см

высота = 65 см

радиус скругления углов = 2,5 см

Рис. 28: неусиленная колонна, разрушающая нагрузка

1353 кН

Рис. 30: разрушение элементов

усиления под предельной нагрузкой

Рис. 29: усиленная преднапряженными лентами S&P A-

Strap колонна (усилие преднапряжения 200 кН/м),

разрушающая нагрузка 1718 кН

Результаты испытания:

Предельная нагрузка на квадратную колонну

может быть увеличена на 27% без значительного

увеличения продольных деформаций.

Дополнительные исследования работы новой

концепции усиления будут проведены в

ближайшем будущем.

- 44 -

8. Мероприятия по огнезащите усиленных элементов

При усилении конструкций ламинатами S&P необходимо учитывать, что теплостойкость

эпоксидного клея ограничена температурой 60-80°С. В случае пожара это приводит к

разрушению клеевого соединения. Таким образом, требуется защищать элементы усиления

от воздействия высоких температур.

Остаточный коэффициент надежности в случае

отказа элементов усиления при нормативных

нагрузках

ᵞ>1.0

Несущая способность обеспечивается

внутренней арматурой

Традиционная огнезащита необходима

только для внутреннего армирования

Примеры огнезащитных плит

Время, мин A=D=100 мм A=D=200 мм

30 2 x 20 мм 2 x 20 мм

60 2 x 40 мм 2 x 30 мм

90 > 110 мм 2 x 40 мм

120 > 110 мм > 110 мм

ᵞ<1.0

Необходимы меры по защите ламелей

S&P Laminate CFK

Огнеупорные защитные плиты

- 45 -

9. Повышение сейсмоустойчивости железобетонных колонн и рам с

помощью ФАП

Усиление бетонных колонн

Методы усиления железобетонных колонн

Сейсмоустойчивость многих старых конструкций из железобетона слишком мала.

Изгибная прочность и пластичность элементов конструкций недостаточна. Обычная длина

перехлеста в сжатой зоне (обычно составляет 20 диаметров арматуры) не способна

передать все неупругие усилия с арматурного стержня. При сейсмическом воздействии

недостаточно заанкеренные стержни работают не правильно. Когда конструкция

подвергается циклическим нагрузкам от колебаний, эти нахлесточные соединения могут

разрушиться. Это явление особенно важно в случае с армированием фундаментов. Если

проектное армирование предлагает слишком малую длину перехлеста, под действием

сейсмических нагрузок возникает нежелательный пластический шарнир. К сожалению,

этот недостаток довольно часто встречается в старых зданиях и мостах. Предел

прочности при изгибе железобетонных конструкций также часто бывает недостаточным.

Есть одно решение для устранения этих недостатков – обжатие поддерживающих

элементов. Сейсмоустойчивость обжатых колонн значительно повышается благодаря

восприятию радиальных напряжений внешней оболочкой. Существует несколько методов

создания внешней оболочки:

Стальной бандаж

Бетонная оболочка

ФАП оболочка

Традиционные методы уже хорошо известны, и поэтому в данном руководстве

рассматриваться не будут.

Усиленные ФАП рубашками железобетонные колонны

В последние годы эффективность усиленных ФАП рубашками колонн была подтверждена

несколькими научными исследованиями (“Seismic design and retrofit of bridges” e.g. M.J.N.

Priestley, F. Seible, G.M. Calvi).

Выполнить усиление колонн с прямоугольным поперечным сечением гораздо сложнее,

чем с круглым поперечным сечением ввиду того, что радиальные напряжения

концентрируются в углах. Поэтому для обеспечения необходимого усилия обжатия была

разработана система преднапряжения. Предварительное напряжение обеспечивает

создание трехосного напряженного состояния. В случае использования ненапрягаемых

рубашек, трехосное напряженное состояние возникает только тогда, когда появляются

поперечные деформации бетона под нагрузкой. Предварительное обжатие увеличивает

эффективность усиления. При использовании этого метода достигается необходимый

уровень радиальных напряжений даже в случае с прямоугольным поперечным сечением

- 46 -

колонн. В отличие от стальных обойм, ФАП рубашки не показывают снижения

эффективности усиления со временем. Дополнительные тесты показали, что с ФАП

усилением эффективно предотвращается разрушение по сдвиговым нагрузкам. Усиление

колонн однонаправленными тканями S&P не увеличивает их вертикальную жесткость,

которая является неотъемлемой частью сейсмического усиления. Определение

параметров проектирования ФАП усиления обычно не отличается от определения

параметров для стальных хомутов. Предельная расчетная деформация ограничивается

на уровне 50% от разрушающего удлинения волокна. Большой коэффициент запаса

гарантирует, что восприятие сдвиговых усилий усиленной бетонной колонны не снижается

из-за возросших деформаций бетона.

ФАП обмотка действует в двух направлениях:

Под действием растягивающих напряжений в области пластического шарнира

колонны обжатие места перехлеста и анкеровки стержней арматуры усиливается,

даже при работе этих элементов в стадии текучести.

Под действием сжимающей нагрузки в обернутой тканями S&P области

пластического шарнира предотвращается изгиб продольной арматуры, а также

растрескивание защитного слоя бетона.

Усиление для увеличения изгибной пластичности

Основной целью данного усиления является увеличение изгибной пластичности элемента.

Стойки с недостаточным количеством хомутов не могут воспринимать значительные

повороты в области пластического шарнира. ФАП материалы подходят для увеличения

изгибной гибкости таких колонн и опор. Испытания круглых колонн усиленных внешним ФАП

армированием четко показали, что ФАП способны увеличить пластичность более

эффективно, чем обычные стальные обоймы. Причина этого кроется в том, что ФАП

материал имеет линейно упругие деформативные свойства. Сейсмическая активность может

привести к деформациям стальных обойм. После разгрузки эти остаточные пластические

деформации остаются в обоймах. Поэтому эффективность стальных обойм снижается при

последовательных толчках. Линейно упругая работа материала предотвращает накопление

деформаций и повреждений под действием циклической нагрузки.

Круглые стойки

Максимальная деформация сжатия колонны εcu может быть вычислена по формуле:

cc

FRPFRPs

cuf

f

'

5,2004,0

Соотношение обмотки к диаметру колонны ρs может быть вычислено по формуле:

- 47 -

D

tFRPs

4

fFRP и εFRP – соответственно максимальные напряжение и деформация ФАП ткани.

Напряжение сжатия бетона f’cc усиленной колонны вычисляется по формуле:

c

l

c

l

cccf

f

f

fff

'

'2

'

'94,71254,2''

cf ' - нормативная прочность бетона на сжатие.

lf ' - прочность теоретической толщины ткани.

Из выражений εcu и ρs требуемая теоретическая толщина ткани вычисляется по формуле:

FRPFRP

cccu

FRPf

fDt

'004,01,0

Прямоугольные стойки

Рис. 31: квадратная колонна с ФАП из стекловокна

(M.J.N. Priestley, F. Seible und G.M. Calvi, “Seismic design and retrofit of bridges”)

Испытания с циклическим нагружением сжатия-растяжения прямоугольных колонн,

усиленных ФАП материалами из стекловолокна, показали значительное увеличение гибкости.

На рисунке показана колонна с усилением после разрушения.

Результаты нескольких тестов показали, что эффективность усиления одинаковых по

площади квадратных и круглых колонн не одинакова. Пластичность круглой колонны

выросла на 50% больше, чем квадратной.

- 48 -

Максимальная деформация сжатия колонны εcu может быть вычислена по формуле:

cc

FRPFRPs

cuf

f

'

25,1004,0

Соотношение обмотки к диаметру колонны ρs может быть вычислено по формуле:

hb

hbtFRPs 2

b и h – размеры прямоугольной колонны.

Из выражений εcu и ρs требуемая теоретическая толщина ткани вычисляется по формуле:

hb

hb

f

ft

FRPFRP

cccu

FRP

'004,04,0


В таблице представлены требуемые области усиления (l). Различают одностороннее и

двухстороннее усиления. aL и bL - расстояния от опоры до точки приложения момента.

Тип усиления

колонны

Тип поперечного

сечения

Длина элемента Необходимая длина

усиления

Одностороннее D L D ≤ l ≤ 0,25 L

Двухстороннее: aM

bM D

aL

bL

D ≤ l ≤ 0,25 aL

D ≤ l ≤ 0,25 bL

Усиление для улучшения работы арматурных стыков

Передача нагрузки от арматуры к бетону приводит к образованию микротрещин в бетоне, что

снижает силу сцепления бетона и арматуры. Применение рубашек из ФАП материалов, а

особенно преднапряженных рубашек увеличивает силу сцепления арматуры и бетона.

Параметры усиления определяются выражением:

FRP

a

s

sb

sE

flp

fA

0015,02

af - активное напряжение внешних хомутов

bA - площадь поперечного сечения продольной арматуры

- 49 -

sf - напряжение в продольной арматуре

- коэффициент сцепления (1,4)

p - площадь поверхности скола в области перехлеста арматуры

sl - длина нахлеста арматуры

Преднапряженные ленты из арамидных волокон специально разработаны для этой области

применения. Ткани с низким модулем упругости, например из стекловолокна, не пригодны

для применения в этой области.


Если усиление области перехлеста стержней арматуры является единственной причиной для

применения ФАП армирования, то обмотка выше области перехлеста не имеет смысла. Она

становится необходимой тогда, когда перехлест стержней не находится в зоне пластического

шарнира.

ФАП рубашки для усиления по поперечной силе

ФАП рубашки, как и стальные обоймы, очень эффективны для усиления по поперечной силе

железобетонных конструкций. Поскольку ФАП имеет линейно упругие свойства вплоть до

предельного состояния, расчет усиления должен быть изменен относительно расчета

стальных обойм. Предельная расчетная деформация ФАП должна составлять не более 0,2-

0,3 %. Для этого типа усиления идеально подходит ткань S&P C-Sheet 640 с деформацией

разрыва 0,4 %.

Расчет суммарной несущей способности по поперечной силе представлен ниже:

Круглые стойки

ctgDftV FRPFRPFRP 2

D – диаметр стойки

– принимается равным 35°

Прямоугольные стойки

ctghftV FRPFRPFRP 2

h – длина грани, параллельной поперечной силе

– принимается равным 35°

- 50 -


В случае снижения несущей способности по поперечной силе, ФАП усиление может быть

использовано в областях пластических шарниров на длину D2 для круглых стоек, и h2

прямоугольных стоек.

Изгибное усиление железобетонных стоек

В результате обертывания стойки, изгибная жесткость элемента возрастает и, таким

образом, ею могут восприниматься большие нагрузки. Это очень важный вопрос, и он

нуждается в особом внимании. Увеличение несущей способности по моменту зависит от

выбранного метода усиления, параметров материала и формы поперечного сечения стойки.

Стойка Область

усиления

Стальная

обойма

Бетонная

оболочка

ФАП оболочка

Круглая Пластический

шарнир

10-20 20-50 0-5

Область сдвига 20-40 25-75 0-5

Прямоугольная Пластический

шарнир

20-40 20-50 0-10

Область сдвига 40-70 25-75 0-5

Таблица 5: сравнение эффективности изгибного усиления (%)

ФАП оболочка значительно уступает стальным обоймам и бетонным оболочкам в усилении

по изгибающему моменту.

Сравнение методов усиления

Общее сравнение различных методов усиления приведено в представленной ниже таблице.

Результаты показали лучшую работу ФАП оболочек по сравнению со стандартными

методами усиления. Главным преимуществом ФАП оболочки является минимальное

увеличение изгибной несущей способности, несмотря на большой запас увеличения

пластичности.

Трехосное напряженное состояние получатеся при использовании преднапряженных

арамидных лент S&P A-Strap. Преднапряжение обеспечивает увеличение обжатия бетона

без значительных осевых деформаций после приложения нагрузки. Несущая способность

элемента увеличивается, и он может воспринимать большие нагрузки.

Монтаж ФАП оболочек осуществляется быстро и просто. По сравнению с классическими

методами усиления, время простоя при использовании ФАП значительно уменьшается.

Кроме того, ФАП оболочки очень тонкие и могут применяться в стесненных условиях.

- 51 -

Ме

тод

усил

ения

Уве

личе

ни

е

со

бств

енн

ого

ве

са

Физи

че

ски

е

разм

еры

по

сл

е

усил

ения

Ра

ди

ал

ьны

е

на

пр

яж

ения

Усил

ение

по

мо

ме

нту

Уд

об

ств

о

пр

им

ене

ни

я

Сто

йко

сть

к

корр

ози

и

Стальные обоймы - - - - -- --

Бетонные

оболочки

- - - -- -- 0

ФАП оболочки + + ++* + + ++

* Предварительное обжатие

Усиление железобетонных рам

Для правильной разработки конструкций в сейсмоопасных районах инженер должен знать

стандартные типы повреждений, вызываемых землетрясениями. Наиболее

распространенные отказы бетонных конструкций приведены ниже.

Наклонные трещины в стойках

При недостаточной несущей способности по

поперечной силе в элементах соединений

рамных конструкций могут появиться наклонные

трещины на ранней стадии нагружения.

Появление этих трещин приводит к тому, что

внутренние арматурные хомуты открываются, и

элемент может выйти из строя. Применение

рубашек из ФАП материалов увеличивает

несущую способность по поперечной силе в зоне

пластического шарнира стойки, и разрушение

такого рода может быть предотвращено. Для

сохранения общей податливости конструкции

необходимо использовать низкомодульные

материалы, такие как S&P G-Sheet 90/10 или

преднапряженные арамидные ленты S&P

A-Strap. Высокомодульные ФАП оболочки из

углеродного волокна мало подходят для этого

из-за требований сохранения податливости

конструкции.

Рис. 32: наклонная трещина

- 52 -

Слабые узловые элементы

Рис. 33: слабый узловой элемент

Узловые элементы с пониженной несущей

способностью из-за уменьшения поперечного сечения

могут подвергнуться другим типам разрушения.

Недостаточная нахлесточная длина продольной

арматуры в узлах часто приводит к разрушению

узловых элементов. Усиление может быть выполнено

вштраблением или наклейкой S&P Laminate в

продольном направлении, с дополнительным

обертыванием стеклотканью S&P G-Sheet 90/10 или

преднапряженными лентами S&P A-Strap в приузловых

зонах.

Области пластических шарниров

Рис. 34: разрушение по поперечной силе в

месте пластического шарнира

Изгибаемые балки при недостаточной сдвиговой

несущей способности могут разрушиться в

области пластического шарнира. Этот тип

разрушения предотвращается при усилении

балки тканью с высоким модулем упругости S&P

C-Sheet 640.

Но даже усиленный таким образом элемент

может разрушиться от изгибных нагрузок в

середине пролета или в приопорной зоне. В

таком случае рекомендуется усилить элемент

наклейкой или вштраблением ламелей S&P

Laminate CFK.

Методика усиления конструкций ФАП

В ходе многочисленных исследований было проверено, что усиление железобетона в

областях пластических шарниров увеличивает несущую способность, а также увеличивает

гибкость рамных конструкций. Эффективность тканей S&P G-Sheet и S&P A-Sheet,

увеличивающих гибкость конструкции, была доказана при проведении испытаний на

- 53 -

сейсмические нагрузки. Испытания показали значительно большую эффективность ФАП

систем из арамидного и стекловолокна, нежели систем из углеродного волокна. Поэтому

данные материалы идеально подходят для усиления колонн в сейсмически опасных регионах

в местах восприятия местных поперечных напряжений или по всей длине колонны.

Рис. 35: усиление железобетонной рамы

Полномасштабные исследования показали, что оболочки колонн из стекла или арамида

лучше работают и более экономичны, чем стальные обоймы. В случае обмотки колонны

целиком или только на концах, разрушение бетона происходило при больших нагрузках. ФАП

оболочкой обеспечивается снижение поперечных напряжений, а также помогает

минимизировать изгиб продольной арматуры.

До создания ФАП оболочки необходимо произвести ремонт трещин на поверхности бетона с

использованием материалов на эпоксидной основе.

- 54 -

10. Защита от ударов и взрывов с помощью ФАП систем S&P

Защита от взрывов

Современные конструкции довольно часто подвержены повреждениям в результате взрывов.

Защита от взрывов является частым требованием в химической индустрии. В то время как

опасность и последствия взрыва могут быть определены расчетом, и тогда проектируется

необходимая защита сооружения, оценка воздействия от бомб и снарядов невозможна.

Обычные индустриальные сооружения зачастую недостаточно армированы. На практике

применяются кладочные сооружения с небольшим уровнем усиления. Такие конструкции

имеют минимальный уровень сопротивления взрыву. Традиционные методы усиления таких

конструкций стальными материалами очень затратны по времени и ресурсам. Усиление с

помощью ФАП экономит время и средства.

Рис. 36: защита элементов конструкций от опасности взрыва

Стеклоткань S&P G-

Sheet 50/50 специально

разработана для данной

области применения.

Ткань с одинаковой

плотностью волокон в

обоих направлениях

может наклеиваться в

несколько слоев. S&P

также предлагает

сборные GFK ламинаты

для этих же целей. GFK

ламинаты

приклеиваются к

поверхности

строительной

конструкции с помощью

клея S&P Resin 220.

Двунаправленные ткани из арамидного волокна (S&P A-Sheet 120) также подходят для

защиты конструкций от взрыва. Отличные механические характеристики арамидных волокон,

и особенно их превосходное поведение в поперечном направлении делают этот материал

идеальным для применения его в защите от взрывов. Высокая цена на арамидное волокно

зачастую служит помехой частому его применению. Однако, АФАП (арамидный

фиброармированный полимер) способен увеличить взрывозащиту кладочных конструкций с 5

до 10 пунктов. Соответствующие материалы испытаний можно посмотреть у производителей

арамидного волокна.

- 55 -

Защита от удара

Проект колонны путепроводов на практике может иметь недостаточную несущую способность

вследствие удара транспортного средства. Колонна может быть не в состоянии поглотить

горизонтальную нагрузку от удара тяжелого грузовика, что может привести к обрушению

путепровода. Обычные методы усиления, такие как бетонная оболочка, зачастую не подходят

для повышения ударостойкости из-за стесненности условий или по эстетическим причинам. К

тому же, сооружение бетонной оболочки требует ограничения движения транспортных

средств на длительный период времени. Применение АФАП оболочек является

альтернативным, более выгодным методом усиления.

Испытания, проведенные производителем арамидного волокна в Великобритании,

подтвердили эффективность АФАП оболочки при увеличении ударостойкости круглых

колонн. Колонна была обмотана тканью плотностью 290 г/м2 в несколько слоев. Такую же

программу испытаний проводит университет Фрибурга (Швейцария) на колоннах квадратного

сечения.

Рис. 37: колонна путепровода под действием горизонтального

удара

Удар 30-тонной машины на

скорости 75 км/ч равняется

статической нагрузке,

равной 1500 кН, которая

прикладывается на высоте

от 0,75 до 1,5 м от уровня

проезжей части, и 750 кН,

которая прикладывается на

уровне от 1 до 3 м от УПЧ.

Результаты испытаний показали, что ударная энергоемкость колонны, усиленной в двух

направлениях (продольном и поперечном), в значительной степени выше, чем неусиленной

колонны. Однако различные типы волокна ведут себя по-разному. ФАП из угле- и

стекловолокна незначительное увеличение ударной энергоемкости. Произошло их

преждевременное хрупкое разрушение ввиду их недостаточной сдвиговой споротивляемости.

Упругое арамидное волокно с его хорошей сдвиговой сопротивляемостью помогло получить

большие деформации колонны.

В различных испытаниях, проведенных в Великобритании, было исследовано поведение

колонн, усиленных арамидным волокном. Результаты приведены ниже:

- 56 -

Колонна

Количество слоев ткани Максимальн

ая нагрузка,

кН

Максимальная

деформация,

мм

Разрушение продольное поперечное

С1 0 0 233 34

Предел текучести

продольной арматуры

и последующее

разрушение бетона

С3 2 2 580 50 Продольные волокна

С4 3 2 785 69 Продольные волокна

Таблица: Результаты испытаний, проведенные фирмой DUPONT UK (производитель

арамидного волокна)

Графическая интерпретация испытаний приведена на рис.

Рис. 38: график нагрузки-деформации

С1 – образец

С3 – 2 продольных слоя

и 2 поперечных слоя

С4 – 3 продольных слоя

и 2 поперечных слоя

В испытании продольные арамидные волокна работали вплоть до разрушения. Оболочка из

арамида в поперечном направлении помогла избежать преждевременной потери

устойчивости продольных волокон.

Выводы:

Изгибная жесткость колонны с продольной и поперечной обмоткой АФАП материалом

существенно увеличивается.

Поглощение ударной энергии стало возможным благодаря увеличенной несущей

способности по изгибу.

Могут применяться обычные концепции проектов.

Арамидное волокно подходит для усиления конструкций против ударов транспортных

средств.

- 57 -

11. Повышение сейсмоустойчивости кладочных конструкций с

помощью ФАП систем S&P

Каменная кладка – экономичный материал для конструкций, который применяется по всему

миру. Благодаря хорошим физическим свойствам, каменная кладка широко применяется в

строительстве. Однако различные свойства кирпичей и раствора создают неоднородность в

качестве и несущей способности отдельных конструкций. Следовательно, роль

модернизации сейсмостойкости кладки при эксплуатации конструкций приобретает все

большее значение.

В прошлом были разработаны следующие методы усиления кладочных конструкций:

Усиление с помощью торкретирования армированным бетоном, а также послойного

торкретирования цементным раствором

Внешнее преднапряжение для увеличения несущей способности

Применение усиления из стальных ферм (фиксация железобетонного каркаса)

Недостатки традиционных методов усиления:

Увеличение собственного веса конструкции приводит к пропорциональному увеличению нагрузок от сейсмических колебаний.

Область контакта кладки и торкретбетона становится частично ослабленной.

Уменьшается свободное пространство помещения.

Внешние преднапряженные системы приводят к дополнительным сжимающим нагрузкам. Зачастую происходят перегрузка кладки на нижних этажах многоэтажных зданий.

Системы усиления стальными листами и стальными рамами подвержены коррозии, и поэтому требуют дополнительной защиты.

Конструкции, усиленные стальными рамами, которые обеспечивают существенное увеличение жесткости, значительно теряют в эстетическом облике.

Усиление кладочных конструкций с использованием S&P G-Sheet

AR 50/50

Усиление кладки тканями из стекловолокна целесообразно в случаях, где основной необходимостью является увеличение пластичности несущей стены и где повышение несущей способности менее важно. Увеличение сейсмостойкости несущих стен должно быть направлено на равномерное распределение трещин по поверхности стены. Повышение пластичности означает, что трещины должны быть в открытом состоянии уже при минимальной сейсмической активности. Ткань S&P G-Sheet 50/50, состоящая из низкомодульных стеклянных волокон, подходит для этой области усиления. Таким образом, усиленная кладочная стена не подвергается воздействию дополнительных усилий.

- 58 -

Усиление тканью S&P G-Sheet 50/50 осуществляется только с одной стороны стены (внутренней или внешней). Паропроницаемый адгезив S&P Resicem обеспечивает возможность покрытия всей поверхности стены. Коэффициент диффузионного сопротивления давлению пара μH2O ≈ 3000-5000.

Усиление кладочных конструкций с использованием ламелей S&P

Laminate CFK

Ламели S&P Laminate CFK могут располагаться по стене диагонально и анкероваться в

соседних бетонных элементах. На испытаниях, проведенных в EMPA, Швейцария, были

получены данные по силе растяжения ламели шириной 50 мм и толщиной 1,2 мм, которая

анкеровалась на длине 25-30 см на бетонном элементе.

Кладка, усиленная таким способом проявляет упругие свойства примерно до 2/3 от

максимального сдвигового усилия VA,max. В результате нарушения сцепления ламели,

вызванного передачей нагрузки с каменной кладки, деформаций верхних уровней могут быть

значительно увеличены, не вызывая существенного увеличения несущей способности.

Кирпичные стены обладают большими деформативными способностями, которые

способствуют высокой пластичности конструкции. Сейсмостойкость стены, усиленной

ламелями CFK Laminate (образец BW6) может быть увеличена в 4,3 раза по сравнению с

неусиленной стеной. Как показано на рис. , общая пластичность стены может быть увеличена

более чем в 3 раза, с пропорциональным увеличением несущей способности в 1,4 раза.

Ламели CFK Laminate наклеивались только с одной стороны стены.

Рис. 39: сравнение усиленной ФАП материалами

кладки с неусиленным образцом

Рис. 40: усиление несущих стен со сквозными

отверстиями и без

- 59 -

Системы с несущими стенами

Горизонтальная результирующая от землетрясения Vacc, которая имеет треугольную эпюру распределения собственного веса и временной нагрузки на фундамент, должна передаваться через несущие стены.

Результирующая от землетрясения Vacc приводит к большим сдвиговым нагрузкам в стенах на нижних уровнях, в сочетании с низкими вертикальными нагрузками. В результате этого неблагоприятного отношения между вертикальными нагрузками и сдвиговыми усилиями, несущая способность стены становится недостаточной. При этом изгибная жесткость и несущая способность сохраняются. Таким образом, нижние уровни требуют усиления, которое переводит высокие сдвиговые нагрузки к сжимающим и растягивающим нагрузкам по диагонали.

Детальные данные усиления в основном зависят от комбинации нагрузок Mz, Nx и Vy. Требования по критической нагрузке на стены на нижних этажах различны с этими же стенами на верхних уровнях. На рис. показано как результирующие усилия передается вокруг отверстий. Необходимое усиление может быть запроектировано с применением ламелей S&P Laminate CFK и тканей S&P G-Sheet. Особенное внимание должно быть уделено элементам анкеровки ламелей и зонам в несущих стенах, где возникают максимальные сжимающие усилия. Приведенный пример наглядно показывает, что этот метод определения полей напряжений подходит для универсального применения.

Руководство по проектированию...

Documents