Хайрнасов К.З. Повышение прочностных характеристик ячеистых бетонов композиционными материалами // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2025. № 1(63). С. 109-122. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2025.63.1.010. EDN: WHGZUX.

Автор(ы)

Хайрнасов К.З. — Московский государственный строительный университетORCIDeLibrary

Название статьи

Повышение прочностных характеристик ячеистых бетонов композиционными материалами

Название (англ.): Improving the strength characteristics of cellular concrete using composite materials

Индекс(ы) УДК

539.374

DOI

10.37972/chgpu.2025.63.1.010

EDN

WHGZUX

Ключевые слова

ячеистые бетоны; композитные материалы; полотна; волокна; приведенные характеристики; напряженно-деформированное состояние; метод конечных элементов; повышение несущей способности

Аннотация

Целью статья является определение параметров армирования для получения прочностных характеристик ячеистых бетонов на растяжение сопоставимых с прочностными характеристиками сжатия. Приводятся зависимости определения приведенных прочностных характеристик многослойных композиционных материалов: холстов при различном расположении волокон. Приведены способы усиления железобетонных конструкций композиционными холстами. Проведено моделирование стеновой строительной панели из ячеистого материала армированной композиционными волокнами. Проведено численное и аналитический расчеты, модели стеновой панели модели. Сходимость результатов конечно элементного расчета определялось путем сгущения сетки конечных элементов и если результаты предыдущего и последующего расчетов отличалось не более чем на 3%, конечноэлементная аппроксимация считалась достаточной. Исследовано напряженно деформированное состояние стеновой панели на действие изгибающих моментов и температурных нагрузок. Разработан алгоритм определения характеристик армирующего материала. Получены параметры армирования, при которых прочностные характеристики на растяжения были сопоставимы с прочностными характеристиками растяжения для данной конструкции. Проведен анализ полученных результатов и сделаны выводы.

Даты

Поступила: 01.02.2025; Принята: 13.04.2025; Опубликована: 17.06.2025

Страницы

109-122

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. Ghernouti Y., Rabehi B. Effectiveness of Hybrid and Partially Confined Concrete Subjected to Axial Compressive Loading Using CFRP and GFRP Composite Materials // Slovak Journal of Civil Engineering. 2020. Т. 28, № 4. С. 8-14.  DOI: 10.2478/sjce-2020-0025 EDN: NMNECQ
2. Spyrakos C.C. [и др.]. Experimental and Analytical Study on Reinforced Concrete Beams in Bending Strengthened with FRP // The Open Construction & Building Technology Journal. 2014. Т. 8. С. 153-160.  DOI: 10.2174/1874836801408010153
3. Lau Denvid, Pam Hoat Joen. Experimental study of hybrid FRP reinforced concrete beams // Engineering Structures. 2010. Т. 32. С. 3857-3865.  DOI: 10.1016/j.engstruct.2010.08.028 EDN: OEKADD
4. Experimental and Analytical Study on Reinforced Concrete Beams in Bending Strengthened with FRP / C.C. Spyrakos [и др.] // The Open Construction and Building Technology Journal. 2014. Т. 8. С. 153-163.  DOI: 10.2174/1874836801408010153
5. Guide for Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures / American Concrete Institute. 2008. ACI 440.2R-08.
6. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures / CNR. Rome, 2004. CNR-DT 200/2004, 144 p.
7. Willam K.J., Warnke E.D. Constitutive Model for the Triaxial Behavior of Concrete // Proceedings, International Association for Bridge and Structural Engineering. Т. 19. 1975. С. 174.
8. A General Approach to Calculation of Displacements of Concrete Structures / ACI. 2000. ACI-435.
9. Strengthening of concrete beams by CFRP: Experimental study and finite element analysis / Y. Ghernouti [и др.] // J. Build. Mater. Struct. 2014. Т. 1. С. 47-57.  DOI: 10.34118/jbms.v1i2.11
10. Bonacci J.F., Maalej M. Externally bonded fiber-reinforced polymer for rehabilitation of corrosion damaged concrete beams // ACI Structural Journal. 2000. Т. 97, № 5. С. 703-711.
11. Shear strengthening of reinforced concrete beams using carbon fiber reinforced polymer laminate: A review / Marwan Bllkasem Salah Alferjani [и др.] // American Journal of Civil Engineering. 2014. Т. 2, № 1. С. 1-7.  DOI: 10.11648/j.ajce.20140201.11
12. Khayrnasov K.Z. Methodology for Modeling and Determining the Frequency Response Trace of Robotic Composite Structures // Przeglad Elektrotechnicny. 2020. Т. 96, № 10. С. 39-42.  DOI: 10.15199/48.2020.10.06 EDN: LNVJEL
13. Khayrnasov K.Z. Reinforcement of reinforced concrete structures with composite materials // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Т. 1030. 2021. С. 012070.  DOI: 10.1088/1757-899X/1030/1/012070 EDN: SHULXB
14. Tamrazyan A. Reduce the impact of dynamic strength of concrete under fire conditions on bearing capacity of reinforced concrete columns // Applied Mechanics and Materials. 2014. Т. 475-476. С. 1563-1566.  DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.475-476.1563 EDN: SKKQPP
15. Jones R.M. Mechanics of composite materials. London: Taylor & Francis, 1999. 538 с.
16. Roos R., Kress G., Ermanni F. A Post-Processing Method for Interlaminar Normal Stresses in Doubly Curved Laminates // Composite Structures. 2007. Т. 81, № 3. С. 463-470.  DOI: 10.1016/j.compstruct.2006.09.016 EDN: KULBPR
17. Moaveni S. Finite Element Analysis Theory and Application with ANSYS. UK: Pearson Education, 2015. 929 с.
18. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z. Finite Element Method: Its Basis And Fundamental. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. 756 с.
19. Koutromanos I. Applied Fundamentals of Finite Element Analysis Linear Finite Element Analysis. N.Y: John Wiley & Sons, 2018. 731 с.
20. Bathe K.J. Finite Element Procedures. USA: Prentice Hall, Pearson Education, Inc, 2006. 1037 с.
21. Koutromanos I. Applied Fundamentals of Finite Element Analysis. Linear Finite Element Analysis. N.Y: John Wiley & Sons, 2018. 356 с.
22. Ceroni F. Experimental performances of RC beams strengthened with FRP materials // Construction and Building Materials. 2010. Т. 24. С. 1547-1559.  DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.03.008
23. Granovsky A.V. [и др.]. The use of a composite mesh on a strong lining under the action of the touch, simulating temperature effects // Industrial and civil construction. 2020. № 3. С. 25-32.  DOI: 10.33622/0869-7019.2020.03.25-30 EDN: LUCPPJ

1. Ghernouti Y., Rabehi B. Effectiveness of Hybrid and Partially Confined Concrete Subjected to Axial Compressive Loading Using CFRP and GFRP Composite Materials // Slovak Journal of Civil Engineering. 2020. Т. 28, № 4. С. 8-14. DOI: 10.2478/sjce-2020-0025 EDN: NMNECQ
2. Spyrakos C.C. Experimental and Analytical Study on Reinforced Concrete Beams in Bending Strengthened with FRP // The Open Construction & Building Technology Journal. 2014. Т. 8. С. 153-160. DOI: 10.2174/1874836801408010153
3. Lau Denvid, Pam Hoat Joen. Experimental study of hybrid FRP reinforced concrete beams // Engineering Structures. 2010. Т. 32. С. 3857-3865. DOI: 10.1016/j.engstruct.2010.08.028 EDN: OEKADD
4. Experimental and Analytical Study on Reinforced Concrete Beams in Bending Strengthened with FRP / C.C. Spyrakos [и др.] // The Open Construction and Building Technology Journal. 2014. Т. 8. С. 153-163. DOI: 10.2174/1874836801408010153
5. Guide for Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures / American Concrete Institute. 2008. ACI 440.2R-08.
6. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures / CNR. Rome, 2004. CNR-DT 200/2004, 144 p.
7. Willam K.J., Warnke E.D. Constitutive Model for the Triaxial Behavior of Concrete // Proceedings, International Association for Bridge and Structural Engineering. Т. 19. 1975. С. 174.
8. A General Approach to Calculation of Displacements of Concrete Structures / ACI. 2000. ACI-435.
9. Strengthening of concrete beams by CFRP: Experimental study and finite element analysis / Y. Ghernouti [и др.] // J. Build. Mater. Struct. 2014. Т. 1. С. 47-57. DOI: 10.34118/jbms.v1i2.11
10. Bonacci J.F., Maalej M. Externally bonded fiber-reinforced polymer for rehabilitation of corrosion damaged concrete beams // ACI Structural Journal. 2000. Т. 97, № 5. С. 703-711.
11. Shear strengthening of reinforced concrete beams using carbon fiber reinforced polymer laminate: A review / Marwan Bllkasem Salah Alferjani [и др.] // American Journal of Civil Engineering. 2014. Т. 2, № 1. С. 1-7. DOI: 10.11648/j.ajce.20140201.11
12. Khayrnasov K.Z. Methodology for Modeling and Determining the Frequency Response Trace of Robotic Composite Structures // Przeglad Elektrotechnicny. 2020. Т. 96, № 10. С. 39-42. DOI: 10.15199/48.2020.10.06 EDN: LNVJEL
13. Khayrnasov K.Z. Reinforcement of reinforced concrete structures with composite materials // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Т. 1030. 2021. С. 012070. DOI: 10.1088/1757-899X/1030/1/012070 EDN: SHULXB
14. Tamrazyan A. Reduce the impact of dynamic strength of concrete under fire conditions on bearing capacity of reinforced concrete columns // Applied Mechanics and Materials. 2014. Т. 475-476. С. 1563-1566. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.475-476.1563 EDN: SKKQPP
15. Jones R.M. Mechanics of composite materials. London: Taylor & Francis, 1999. 538 с.
16. Roos R., Kress G., Ermanni F. A Post-Processing Method for Interlaminar Normal Stresses in Doubly Curved Laminates // Composite Structures. 2007. Т. 81, № 3. С. 463-470. DOI: 10.1016/j.compstruct.2006.09.016 EDN: KULBPR
17. Moaveni S. Finite Element Analysis Theory and Application with ANSYS. UK: Pearson Education, 2015. 929 с.
18. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z. Finite Element Method: Its Basis And Fundamental. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. 756 с.
19. Koutromanos I. Applied Fundamentals of Finite Element Analysis Linear Finite Element Analysis. N.Y: John Wiley & Sons, 2018. 731 с.
20. Bathe K.J. Finite Element Procedures. USA: Prentice Hall, Pearson Education, Inc, 2006. 1037 с.
21. Koutromanos I. Applied Fundamentals of Finite Element Analysis. Linear Finite Element Analysis. N.Y: John Wiley & Sons, 2018. 356 с.
22. Ceroni F. Experimental performances of RC beams strengthened with FRP materials // Construction and Building Materials. 2010. Т. 24. С. 1547-1559. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.03.008
23. Granovsky A.V. The use of a composite mesh on a strong lining under the action of the touch, simulating temperature effects // Industrial and civil construction. 2020. № 3. С. 25-32. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.03.25-30 EDN: LUCPPJ

Авторские права и лицензия

© 2025 Автор(ы). Статья публикуется в открытом доступе на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» 4.0 Всемирная (CC BY 4.0), которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего указания авторства. Авторские права на статью сохраняются за авторами.