Прогнозирование ползучести адгезионного соединения элементов усиления железобетонных конструкций композитными материалами

Цель работы: разработка методов прогнозирования ползучести адгезионных соединений элементов усиления конструкций системами внешнего армирования композитными материалами. Задачи исследования: 1. Проанализировать систему факторов, определяющих долговечность клеевых соединений элементов усиления конструкций СВА композитными материалами. 2. Провести численные исследования конечно-элементной модели напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции, усиленной СВА композитными материалами. 3. Разработать аппаратурный комплекс для моделирования условий эксплуатации адгезионных соединений элементов усиления конструкций композитными материалами в лабораторных условиях. 4. Выполнить экспериментальный анализ напряженно-деформированного со-стояния железобетонной конструкции, усиленной СВА композитными материалами. 5. Разработать методику прогнозирования ползучести адгезионных соединений элементов усиления конструкций СВА композитными материалами. 6. Апробировать разработанную методику прогнозирования ползучести на об-разцах эпоксидных адгезивов, состаренных под воздействием эксплуатационных факторов. 7. Апробировать разработанную методику прогнозирования ползучести адге-зионных соединений на образцах железобетонных балок, усиленных СВА с приме-нением эпоксидных адгезивов с различными механическими характеристиками. Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Установлены закономерности напряженно-деформированного состояния адгезионного соединения бетон – адгезив – полимерный композит при термосиловом воздействии. В результате численного и физического моделирования выявлено, что распределение деформаций и последующее их развитие на поверхностях бетона и полимерного композита имеет существенное различие по их величине. Установлен эффект «проскальзывания» между бетоном и полимерным композитом по контактному слою, что свидетельствует о развитии деформаций ползучести в адгезиве. 2. Получены зависимости ускорения релаксационных процессов в эпоксидных адгезивах и адгезионных соединениях от термосилового воздействия. Установлено, что эпоксидные адгезивы в рабочем диапазоне напряжений и температур в адгезионных соединениях элементов усиления конструкций ведут себя, как реологически простое тело, что позволяет применять принцип временной аналогий для прогнозирования их ползучести. 3. На основе полученных закономерностей и принципа временной аналогии адаптирован метод ступенчатых изотерм для прогнозирования ползучести адгезион-ных соединений и впервые разработан метод ступенчатых напряжений для прогнозирования ползучести эпоксидных адгезивов элементов усиления конструкций композитными материалами. Теоретическая и практическая значимость работы. 1. Предложен научно-обоснованный подход к разработке методики прогнозиро-вания долговечности железобетонных конструкций, усиленных СВА композитными материалами, основанной на принципе аналогий. Разработана методика прогнозирования долговечности адгезивов, применяемых в СВА, где показателем долговечности принята ползучесть. 2. Определены и количественно оценены значимость факторов, влияющих на скорость старения эпоксидных адгезивов. Это, в свою очередь, позволило определить старение эпоксидных адгезивов под влиянием различных факторов. 3. Разработан ГОСТ Р 70762-2023 «Внешнее армирование композитными мате-риалами. Методы ускоренных испытаний на ползучесть клеевых соединений элементов усиления конструкций», позволяющий в строго регламентированных условиях в ускоренном режиме определить долговечность эпоксидных адгезивов на этапе разработки составов для применения при усилении строительных конструкций СВА. Методология и методы диссертационного исследования. Методологической основой диссертационного исследования являются положения о принципах температурно-временной и напряженно-временной аналогий, основанных на релаксационных свойствах полимерных композитных материалов. Экспериментальные исследования совместной работы системы «бетон-эпоксидный адгезив-полимерный композит» на железобетонных изгибаемых балках, усиленных СВА, проводились с применением сертифицированного лабораторного оборудования опираясь на стандартные методики по ГОСТ 8829-2018 в лаборатории ускоренных испытаний КГАСУ. Для моделирования температурных режимов применялась термобарокамера STBV-1000-IV (ILKA). Численный эксперимент проводился при помощи программного комплекса ANSYS. Положения, выносимые на защиту: - установленные закономерности напряженно-деформированного состояния же-лезобетонной балки, усиленной СВА; - экспериментальные зависимости деформативности и прочности образцов си-стемы «бетон-эпоксидный адгезив-полимерный композит» различных конфигураций; - закономерности поведения образцов при испытаниях методами аналогий; - разработанная методика прогнозирования ползучести эпоксидных адгезивов методом аналогий; - разработанная методика прогнозирования ползучести образцов системы «бе-тон-эпоксидный адгезив-полимерный композит» под воздействием факторов старе-ния; - полученные экспериментальные зависимости старения эпоксидных адгезивов при воздействии эксплуатационных факторов в режиме ускоренных климатических испытаний. Достоверность результатов обеспечена сходимостью результатов численного моделирования и экспериментальных исследований; проведением эксперименталь-ных исследований с использованием аттестованного и поверенного оборудования; проведением исследований с достаточным количеством экспериментов. Реализация работы. Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке магистрантов, обучающихся по направлению 08.04.01 «Строительство» и оформлены в виде учебно-методического пособия. По результатам работы разработан ГОСТ Р 70762-2023 «Внешнее армирование композитными материалами. Методы ускоренных испытаний на ползучесть клеевых соединений элементов усиления конструкций».