Оценка эффективности композитного усиления железобетонных конструкций в управлении жизненным циклом объектов строительства

Управление жизненным циклом объектов строительства на этапе эксплуатации требует обоснованного выбора организационно-технических решений, направленных на восстановление эксплуатационной надежности конструкций, продление срока их службы и рациональное использование ресурсов. Цель исследования заключается в оценке эффективности композитного усиления железобетонных конструкций как инструмента управления техническим состоянием объектов строительства. Исследование выполнено методом сравнительных испытаний бетонных балочных образцов класса В25 без усиления и с внешним армированием углепластиковым холстом SikaWrap® 530 C(VP), закрепленным эпоксидным составом Sikadur®-300. Эффективность усиления оценивалась по совокупности критериев: максимальной и разрушающей нагрузкам, предельным деформациям, продолжительности сопротивления разрушению и энергетическим показателям деформирования. Установлено, что углепластиковое усиление повышает максимальную несущую способность элементов в 2,7 раза, предельные деформации – приблизительно в 3 раза, продолжительность сопротивления разрушению – в 6,35 раза, а энергетические показатели внутреннего сопротивления – приблизительно в 7 раз. Полученные результаты подтверждают возможность применения внешнего углепластикового армирования при разработке решений по ремонту, восстановлению и модернизации железобетонных конструкций. Экспериментальные данные могут использоваться для оценки эффективности, качества и надежности вариантов усиления, а также для поддержки принятия организационно-технических решений при формировании программ эксплуатации, капитального ремонта и продления жизненного цикла объектов строительства.

1. Terekhov I.A., Trekin N.N., Kodysh E.N., Shmakov S.D. Mechanical Safety of Reinforced Concrete Structures at All Stages of the Life Cycle // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 410. P. 1–9. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202341002012.

2. Смоляго Г.А., Демин В.О., Фролов Н.В., Дрокин С.В. Оценка остаточного срока службы железобетонных перекрытий с коррозионными повреждениями // Строительство и архитектура. 2023. Т. 11. № 3. С. 1–17. https://doi.org/10.29039/2308-0191-2023-11-3-17-17. EDN: FVRYOY.

3. Sbahieh S., Mckay G., Al-Ghamdi S.G. A Comparative Life Cycle Assessment of Fiber-Reinforced Polymers as a Sustainable Reinforcement Option in Concrete Beams // Frontiers in Built Environment. 2023. Vol. 9. P. 1–15. https://doi.org/10.3389/fbuil.2023.1194121.

4. Palacios-Muñoz B., Gracia-Villa L., Zabalza-Bribián I., López-Mesa B. Simplified Structural Design and LCA of Reinforced Concrete Beams Strengthening Techniques // Engineering Structures. 2018. Vol. 174. P. 418-432. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.07.070.

5. Pedroso P.F., Correia J.R., Silvestre J.D., Firmo J.P., Garrido M. Environmental and Economic LCA Comparison of Flexural Strengthening Solutions for a Reinforced Concrete Beam // Materials. 2024. Vol. 17. Iss. 23. P. 1–19. https://doi.org/10.3390/ma17235879.

6. Maxineasa S.G., Taranu N. Life Cycle Analysis of Strengthening Concrete Beams with FRP // Eco-Efficient Repair and Rehabilitation of Concrete Infrastructures. 2018. P. 673–721. https://doi.org/10.1016/B978-0-08102181-1.00024-1.

7. Jahami A., Issa C.A. An Updated Review on the Effect of CFRP on Flexural Performance of Reinforced Concrete Beams // International Journal of Concrete Structures and Materials. 2024. Vol. 18. P. 1–24. https://doi.org/10.1186/s40069-023-00651-y.

8. Teng J.G., Chen J.F., Smith S.T., Lam L., Chen J.-F. FRP-Strengthened RC Structures. Chichester: John Wiley & Sons, 2002. 266 p.

9. Triantafillou T.C., Antonopoulos C.P. Design of Concrete Flexural Members Strengthened in Shear with FRP // Journal of Composites for Construction. 2000. Vol. 4. Iss. 4. P. 198–205. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2000)4:4(198).

10. De Lorenzis L., Teng J.G. Near-Surface Mounted FRP Reinforcement: an Emerging Technique for Strengthening Structures // Composites Part B: Engineering. 2007. Vol. 38. Iss. 2. P. 119–143. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2006.08.003.

11. Issa C.A., AbouJouadeh A. Carbon Fiber Reinforced Polymer Strengthening of Reinforced Concrete Beams: Experimental Study // Journal of Architectural Engineering. 2004. Vol. 10. Iss. 4. P. 121–125. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1076-0431(2004)10:4(121).

12. Toutanji H., Zhao L., Zhang Y. Flexural Behavior of Reinforced Concrete Beams Externally Strengthened with CFRP Sheets Bonded with an Inorganic Matrix // Engineering Structures. 2006. Vol. 28. Iss. 4. P. 557=566. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2005.09.011.

13. Параничева Н.В., Назмеева Т.В. Усиление строительных конструкций с помощью углеродных композиционных материалов // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 2. С. 19–22. EDN: MZJCWT.

14. Бадалова Е.Н. Усиление изгибаемых железобетонных конструкций углепластиковой арматурой // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия B: Прикладные науки. 2007. № 6. С. 54–59. EDN: XDDHSP.

15. Бадалова Е.Н. Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных приклеиванием углепластиковых пластин // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Прикладные науки. 2009. № 12. С. 45–50. EDN: VNVMMP.