Особливості роботи бетонної балки з базальтовою арматурою

С. Сахно Д. Попруга Г. Мокряк
Отримано 18.01.2024, Доопрацьовано 28.03.2024, Прийнято 26.04.2024
Анотація

В роботі порівнюються деформативні та міцнісні характеристики бетонної балки армованої сталевою та базальтовою арматурою Метою роботи є виявлення переваг і недоліків застосування базальтової стрижневої арматури шляхом аналізу поведінки цифрових моделей армованої бетонної балки. Методи досліджень. Методом скінчених елементів досліджувалась математична модель бетонної армованої балки. Для обчислення параметрів бетону використовувалась модель Друккера-Прагера, для сталевої арматури – білінійна деформативна модель. Наукова новизна. Застосування методу скінчених елементів дозволило виявити розподілення напружень в бетоні та композитній арматурі, розрахувати коефіцієнти використання несучої здатності арматури. Практичне значення. Проведений в роботі аналіз недоліків та переваг базальтової арматури дозволяє проектувальникам визначитись з областю її застосування в конструкціях. Результати. В роботі розроблена математична модель армованої бетонної балки. Формування моделі відбувалось в програмному комплексі ANSYS Student. Для аналізу використовувались деформативні та міцністні характеристики моделей. Для моделей із композитної арматури прийнято два варіанти діаметрів стрижнів: відповідні діаметри композитної та сталевої арматури однакові та відповідні діаметри композитної арматури розраховували із умов однакових початкових деформацій зі сталевою арматурою. Наведено методику підбору діаметру композитної арматури, яка має однакові деформації зі сталевою. За результатами моделювання для різних моделей зіставляли прогини балки, відносні деформації бетону, аксіальні напруження стиску і розтягу в бетоні, аксіальні напруження в стрижнях верхнього і нижнього поясу, ступінь використання несучої здатності матеріалу стрижнів. В роботі визначено, що прогини балки з базальтовою арматурою значно більші ніж у балки зі сталевою арматурою. При цьому напруження бетону в балці з базальтовою арматурою майже вдвічі більші ніж в балці зі сталевою арматурою. Напруження розтягу і стиску в базальтовій арматурі в 1,8 рази, а в базальтовій арматурі збільшеного діаметру в 3,6 рази менші ніж в моделі зі сталевою арматурою. За однакових навантажень максимальний коефіцієнт використання у сталевої арматури, мінімальний – у моделі з базальтовою арматурою збільшеного діаметру. Коефіцієнти використання несучої здатності базальтової арматури в п’ять разів, а базальтової арматури збільшеного діаметру в десять разів нижчі ніж у сталевої арматури

Ключові слова:
бетон; базальтова арматура; метод скінчених елементів; деформації; міцність

Взято з Том 58, № 1, 2024

Сторінки 7–12

Використані джерела ЦИТУВАТИ

[1] Masuelli MA. Fiber Reinforced Polymers - The Technology Applied for Concrete Repair. InTech; 2013.

[2] Lapko A, Urbański M. Experimental and theoretical analysis of deflections of concrete beams reinforced with basalt rebar. Arch Civ Mech Eng 2015;15:223-30.

[3] Kim HS, Shin YS. Flexural behavior of reinforced concrete (RC) beams retrofitted with hybrid fiber reinforced polymers (FRPs) under sustaining loads. Compos Struct 2011;93:802-11.

[4] Luccioni B, Rougier VC. Numerical analysis of fibre reinforced polymer retrofitted masonry panels. Engineering Structures 2013;49:360- 72.

[5] Campbell FC. Structural Composite Materials. ASM International; 2010.

[6] Pico D, Steinmann W. Synthetic fibers for composite applications. In: Rana S, Fangueiro R, editors. Fibrous and Textile Materials for Composite Applications, Singapore: Springer; 2016, p. 135-170.

[7] Holmes M. Global carbon fibre market remains on upward trend. Reinf Plast 2014;58:38-45. 

[8] Wang X, Shi J, Liu J, Yang L, Wu Z. Creep behavior of basalt fiber reinforced polymer tendons for prestressing application. Mater Des 2014;59:558-64.

[9] Elgabbas F, Vincent P, Ahmed EA, Benmokrane B. Experimental testing of basalt-fiber-reinforced polymer bars in concrete beams. Compos Part B-Eng 2016;91:205-18.

[10] Fiore V, Scalici T, Di Bella G, Valenza A. A review on basalt fibre and its composites. Compos Part B-Eng 2015;74:74-94.

[11] Ramakrishnan V, Panchalan R. A new construction material – non-corrosive basalt bar reinforced concrete. ACI 2005;229:253-270.

[12] Thorhallsson ER, Snaebjornsson JT, Basalt Fibers as New Material for Reinforcement and Confinement of Concrete. Solid State Phenomena 04/2016; 249. DOI:10.4028/www.scientific.net/SSP.249.79.

[13] Gunnarsson A, Thorhallsson ER, Snæbjornsson JT. Simulation of experimental research of concrete beams prestressed with BFRP tendons. In proceedings of the XXII Nordic Concrete Research Symposium Reykjavik, Vodskov: 2014,p. 153-156 .

[14] Thorhallsson ER, Gudmundsson SH. Test of prestressed basalt FRP concrete beams with and without external stirrups. In: Dancygier AV, editor. Proceedings of Fib symposium Engineering a Concrete future: Technology, modelling & Construction, Tel Aviv; 2013, p. 393-396.

[15] S Sakhno, Y Liulchenko, T Chyrva, P O.Yanova L.Pischikova O. Determination of bearing capacity and calculation of the gain of the damaged span of a railway overpass by the finite element method. Topical scientific researches into resource-saving technologies of mineral mining and processing. — Sofia Publishing house “St.Ivan Rilski”, 2020. p.326-339 ISBN 978-954-353-408-1.

[16] S Sakhno, Y Liulchenko, K. Bilashenko Investigation of the applicability of nonlinear mathematical models of concrete strength for modeling the destruction of concrete prisms Kryvyi Rih National University Hirnychyy visnyk. 2020,107 p. 68-73.

[17] Sakhno, S. and Yanova, L. and Pischikova, O. (2021) Comparison of the structural properties of concrete beams with composite basalt and steel reinforcement. Energy- and resource-saving technologies of developing the raw-material base of mining regions. pp. 386-404. DOI: 10.31713/m1024.

Sakhno, S., Popruha, D., & Mokryak, H. (2024). Peculiarities of the work of a concrete beam with basalt armature. Mining Journal of Kryvyi Rih National University, 58(1), 7-12. https://doi.org/10.31721/2306-5435-2024-1-112-7-12
uk