Design of monolithic concrete foundation slabs with FRP reinforcement

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Over the past decade, the share of concrete structures reinforced with composite polymer reinforcement (FRP) has increased, which is due, among other things, to the development of the regulatory and technical framework in this direction. The inherent features of FRP, largely determined by the properties of its components, which must be taken into account at all stages of construction and operation of the building, lead to some changes in the traditional approaches to the design of structures and the technology of their construction.Materials and methods. A review of domestic experience in the use of composite polymer reinforcement in the construction of monolithic concrete foundations is carried out. An example of design and construction solutions of a foundation plate is considered. On the basis of its analysis, the selection of reinforcement from FRP was carried out according to the results of calculations for the first and second groups of limit states.Results. Design features that should be taken into account when calculating foundation slabs made of concrete reinforced with FRP are indicated. The concrete example of a monolithic concrete foundation slab shows the effect of taking into account the actual mechanical characteristics of FRP on the results of strength and crack resistance calculations. The results of calculations carried out according to various editions of regulatory documents relevant for the period from 2014 to 2023 clearly demonstrate the development of the regulatory framework in terms of taking into account the FRP properties in reinforced concrete structures.Conclusions. With a rational approach to design processes, it is possible to develop projects of concrete foundation slabs on an elastic base using FRP that meet the requirements of regulatory documents on reliability. It is possible to completely exclude metal elements (fittings, products, embedded parts) in such structures.

About the authors

K. L. Kudyakov

Research, Design and Technological Institute of Concrete and Reinforced Concrete named after. A.A. Gvozdeva JSC “Research Center “Construction”; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: konst_k@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4786-3132

A. V. Buchkin

Research, Design and Technological Institute of Concrete and Reinforced Concrete named after. A.A. Gvozdeva JSC “Research Center “Construction”

Email: andibuch@inbox.ru

References

  1. Falikman V.R., Rozentahl N.K., Stepanova V.F. New Russian norms and codes on protection of building structures against corrosion // High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet. 2017. Pp. 2135–2143. doi: 10.1007/978-3-319-59471-2_244
  2. Тамразян А.Г. Методология анализа и оценки надежности состояния и прогнозирование срока службы железобетонных конструкций // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 1. № 1. С. 5–18. EDN MGOLLW.
  3. Берлинов М.В., Берлинова М.Н. Длительная эксплуатация железобетонной балки на грунтовом основании с учетом коррозионных повреждений // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 1. № 1. С. 19–27. EDN KFAQUU.
  4. Степанова В.Ф., Бучкин А.В., Кудяков К.Л., Степанов А.Ю. Арматура композитная полимерная и композитные полимерные изделия. М. : ООО «Бумажник», 2023. 170 с. EDN GVCSCX.
  5. Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура композитная полимерная. М., 2013. 200 с. EDN FTRSWT.
  6. Manalo A., Mutsuyoshi H., Nagamoto N., Murata M., Lapshinov A., Litvinov E. FRP Reinforced Concrete Around the World, Part 2 Initiatives for acceptance and safe implementation: Australia, Japan, and Russian Federation // International Journal of Lightweight Concrete. 2022. Vol. 6. Pp. 47–53.
  7. Manalo A.C., Mendis P., Bai Y., Jachmann B., Sorbello C.D. Fiber-reinforced polymer bars for concrete structures: state-of-the-practice in Australia // Journal of Composites for Construction. 2021. Vol. 25. Issue 1. doi: 10.1061/(asce)cc.1943-5614.0001105
  8. Хозин В.Г., Гиздатуллин А.Р. Совместимость полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном в конструкциях // Строительные материалы. 2017. № 11. С. 30–38. EDN ZWUFXJ.
  9. Наджибуллохи Р., Рахмонов А.Д. Экспериментальное исследование работы бетонных конструкций, армированных неметаллической композитной арматурой // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. 2018. Т. 61. № 1. С. 71–77. EDN ZDLWSE.
  10. Лапшинов А.Е. Обследование и контроль качества конструкций армированных и усиленных композитными полимерными материалами // Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их решения : мат. VIII междунар. науч.-практ. конф. 2017. С. 129–135. EDN YQYBVG.
  11. Лапшинов А.Е., Калашников А.Ю. Обследование технического состояния фундаментной плиты, армированной стеклокомпозитной арматурой, с помощью георадара // Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их решения : мат. IX науч.-практ. конф. 2018. С. 133–139. EDN YYXQQP.
  12. Kakusha V., Kornev O., Kovalev M., Lapshinov A., Litvinov E. GFRP-reinforced foundation slab design for 15 story residential building // American Concrete Institute, ACI Special Publication. 2018. Vol. 326. EDN GMTEIN.
  13. Курлапов Д.В., Милютин Б.Г., Хабарков А.В. Техническое обследование фундаментных плит, армированных композитной арматурой // Строительство и техногенная безопасность. 2017. № 9 (61). С. 69–73. EDN YSFCHY.
  14. Римшин В.И., Меркулов С.И. О нормировании характеристик стержневой неметаллической композитной арматуры // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 5. С. 22–26. EDN VZDPWN.
  15. Ганзий Ю.В. Идентификация опасностей получения некачественной продукции из полимерного композитного материала на примере строительной композитной арматуры // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2018. Т. 21. № 3. С. 13–19. doi: 10.22213/2413-1172-2018-3-13-19. EDN XZIBGX.
  16. Плевков В.С., Балдин И.В., Кудяков К.Л., Невский А.В. Прочность и деформативность арматуры композитной полимерной при статическом и кратковременном динамическом растяжении и сжатии // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 5 (58). С. 91–101. EDN WVPXYT.
  17. Плевков В.С., Тамразян А.Г., Кудяков К.Л. Прочность и трещиностойкость изгибаемых фибробетонных элементов с преднапряженной стеклокомпозитной арматурой при статическом и кратковременном динамическом нагружении : монография. Томск : Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2021. 204 c. EDN PLFMCY.
  18. Кудяков А.И., Плевков В.С., Белов В.В., Невский А.В., Кудяков К.Л. Технология и состав углеродофибробетона с повышенной однородностью прочностных показателей // Вопросы материаловедения. 2016. № 1 (85). С. 66–72. EDN WANUNL.
  19. Кудяков В.А., Кудяков А.И., Лукьянчиков С.А., Кудяков К.Л. Управление технологическими процессами производства модифицированных бетонов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. № 6 (65). С. 116–126. EDN ZWJBCF.
  20. Nevsky A., Kudyakov K., Danke I., Kudyakov A., Kudyakov V. Improvement of cement concrete strength properties by carbon fiber additives // AIP Conference Proceedings. 2016. doi: 10.1063/1.4937875
  21. Falikman V., Solovyov V., Nurtdinov M. Mechanical properties and durability of FRC with glass-polymer composite fiber // FIB 2018 — Proceedings for the 2018 fib Congress: Better, Smarter, Stronger. 2019. Pр. 2490–2500. EDN SZSFHL.
  22. Mukhamediev T.A., Falikman V.R. Design of externally bonded FRP systems for strengthening of concrete structures // Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting IV. 2015. Pp. 183–184. doi: 10.1201/b18972-116
  23. Тамразян А.Г., Федорова Н.В. Оценка надежности железобетонных конструкций, усиленных углепластиковым внешним армированием // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2016. № 6 (366). С. 226–231. EDN YRWXXF.
  24. Маилян Д.Р., Георгиев С.В. К определению прогибов гибких внецентренно сжатых железобетонных стоек, усиленных в поперечном направлении композитными материалами // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 2. № 2. С. 32–41. doi: 10.22227/2949-1622.2023.2.32-41. EDN WQETQQ.
  25. Мухамедиев Т.А., Кузеванов Д.В. К расчету по прочности изгибаемых конструкций из бетона с композитной полимерной арматурой // Строительная механика и расчет сооружений. 2016. № 4 (267). С. 18–22. EDN WHMCOH.
  26. Мухамедиев Т.А. К расчету конструкций из бетона с полимерной композитной арматурой // Вестник НИЦ Строительство. 2020. № 4 (27). С. 65–71. doi: 10.37538/2224-9494-2020-4(27)-65-71. EDN SOQOZY.
  27. Мухамедиев Т.А. Изменения в своде правил по проектированию конструкций из бетона с полимерной композитной арматурой // Вестник НИЦ Строительство. 2021. № 3 (30). С. 51–55. doi: 10.37538/2226-9696-2021-3(30)-51-55. EDN VIDGQT.
  28. Бегунова Н.В., Грахов В.П., Возмищев В.Н., Кислякова Ю.Г. Сравнительная оценка результатов испытаний бетонных балок с композитной арматурой и расчетных данных // Наука и техника. 2019. Т. 18. № 2. С. 155–163. doi: 10.21122/2227-1031-2019-18-2-155-163. EDN ZBFCNL.
  29. Захиди М.З., Никулин А.И. Определение трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов с применением преднапряженной композитной арматуры // Наука и инновации в строительстве : сб. докл. III Междунар. науч.-практ. конф. к 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова. 2019. С. 59–64. EDN RIWAAE.
  30. Белуцкий И.Ю., Сим А.Д. К оценке трещиностойкости железобетонных изгибаемых элементов, армированных композитной арматурой // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2016. № 4 (43). С. 95–102. EDN YGJESN.
  31. Кузьмин Д.А., Ивасюк И.М., Тишков Е.В. Сравнение изгибаемых бетонных элементов, армированных стальной и стеклопластиковой арматурой // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 12. С. 35–40. doi: 10.33622/0869-7019.2019.12.35-40. EDN KVQRWN.
  32. Лапшинов А.Е., Борисов А.В. Безопасность применения изгибаемых бетонных конструкций, армированных стеклокомпозитной арматурой // Композиты и наноструктуры. 2020. Т. 12. № 1 (45). С. 25–30. EDN FIYPDI.
  33. Ветрова О.А. Экспериментальные исследования деформативности бетонных балок, армированных композитной арматурой // Известия Юго-Западного государственного университета. 2020. Т. 24. № 1. С. 103–114. doi: 10.21869/2223-1560-2020-24-1-103-111. EDN KLKOCX.
  34. Антаков И.А. Особенности работы изгибаемых элементов с композитной полимерной арматурой под нагрузкой // Жилищное строительство. 2018. № 5. С. 15–18. EDN XQKXFB.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».