Экспериментальные исследования железобетонного фрагмента напорной стены руслового здания ГЭС, усиленного внешним армированием на основе композитных углеродных лент

Здания русловых ГЭС размещаются в руслах рек. Напорные стены их машинных залов работают совместно с перекрытиями машинных залов, образуя основную несущую конструкцию здания ГЭС, которая воспринимает комплекс нагрузок. Русловые здания ГЭС и напорные здания ГАЭС имеют значительное сходство между собой, в том числе, одинаковые основные несущие железобетонные конструкции, в первую очередь, напорные верховые стены машинных залов и напорные щитовые стены с упором в перекрытия. Относящиеся к классу массивных гидротехнических конструкций напорные стены и перекрытия машинных залов русловых зданий ГЭС (щитовые стены зданий ГАЭС) состоят из отдельных блоков, разделенных межблочными строительными швами. Ослабленные по сравнению с монолитом, межблочные строительные швы провоцируют появление трещин, снижающих прочность и эксплуатационную надежность здания ГЭС/ГАЭС в целом, которые трудно отремонтировать традиционными способами. Для экспериментального обоснования усиления железобетонных конструкций ГТС внешним армированием с применением композитных углеродных материалов проведен комплекс лабораторных исследований железобетонных моделей фрагмента напорной стены машинного зала руслового здания ГЭС в масштабе 1:15. Одни модели были без усиления, другие – с усилением внешним армированием из композитной углеродной ленты. В результате лабораторных исследований было установлено, что система внешнего армирования из углеродных лент способствует: уменьшению ширины раскрытия межблочных строительных швов a_cr и растягивающих напряжений в рабочей стальной арматуре σ_s,ш, перемещений f верха моделей; возникновению растягивающих напряжений σ_f,ш в элементе усиления (композитной углеродной ленте). При этом нагрузка разрушения усиленной модели увеличивается по сравнению с не усиленной моделью. Таким образом, проведенные исследования позволили экспериментально обосновать эффективность усиления напорных стен машинных залов ГЭС внешним армированием из композитных углеродных лент.

1. Александров А.В., Зерцалов М.Г., Баклыков И.В., Смирнова М.А., Чжан Ц. «Анализ напряженно-деформированного состояния напорной стены здания гидроаккумулирующей электростанции при проектировании усиления прибетонкой и композитами» / Мелиорация и гидротехника. 2025. Т. 15, № 4. С. 317-337.

2. Александров А.В. «Выравнивание здания Загорской ГАЭС-2»// Гидротехника 4(64). 2020. С. 10-13.

3. Chellapandian M., Prakash S.S., Sharma A. Experimental and finite element studies on the flexural behaviour of reinforced concrete elements strengthened with hybrid FRP technique // Composite Structures. 2019. Vol. 208. Design and Experimental Studies of Strengthening of Backwater Type Hydraulic Structures with Composite Materials International Journal for Computational Civil and Structural Engineering 466-478. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.10.028.

4. Samarakoon S.M.S.M.K., Piatek B., De Silva G.H.M.J.S. Investigation of the Flexural Behavior of Preloaded and Pre-Cracked Reinforced Concrete Beams Strengthened with CFRP Plates. Materials. 2023, 16, 22. https://doi.org/10.3390/ma16010022

5. Uz M.E., Guner Y., Avci E. Strengthening of Reinforced Concrete Beams with CFRP Orientation. Buildings. 2024, 14, 82. https://doi.org/10.3390/buildings14010082

6. Wang H., Li C., Song S., Wang Y., Meng Q., Li F. Flexural Performance of Cracked Reinforced Concrete Beams Strengthened with Prestressed CFRP Sheets under Repeated Loads. Buildings 2023, 13, 2115. https://doi.org/10.3390/buildings13082115

7. Fanaradelli T.D., Rousakis T.C. Prediction of ultimate strain for rectangular reinforced concrete columns confined with fiber reinforced polymers under cyclic axial compression. Polymers. 2020, 12, 2691. https://doi.org/10.3390/polym12112691

8. Kabir H., Aghdam M.M. A robust Bézier based solution for nonlinear vibration and post-buckling of random checkerboard graphene nano-platelets reinforced composite beams. Composite Structures. 2019. Vol. 212. Рp. 184-198. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.01.041

9. Volik A., Novitski Y. Strengthening of tensile zone of the reinforced concrete beams with composite fabrics. Research, Design & Cad in Construction: Theory and Practice (RDCAD2021). Vol. 350. MATEC Web of Conferences. Brest: Republic of Belarus, 2021. October 29. Рр. 1-5. DOI: 10.1051/matecconf/202135000019.

10. Farqad Qays Ibrahim. Strengthen Strategies for Reinforced Concrete Haunched Beams Using Fibre Reinforced Polymer Fabric and Engineered Cementitious Composites. Periodicals of Engineering and Natural Sciences. Vol. 9. № 3. July. 2021. Рp. 41-61.

11. СП 41.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.06.08-87. М., 2012. 40 с.