Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 70219 10.20295/1815-588X-2023-3-673-684 Общетехнические задачи и пути их решения GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH Общетехнические задачи и пути их решения Forecasting Ultimate Tensile Strength and Elastic Modulus Values of Large-Diameter Composite Rebar Using Indirect Indicators Прогнозирование значений предела прочности при растяжении и модуля упругости композитной арматуры большого диаметра по косвенным признакам Богданова Екатерина Романовна Bogdanova Ekaterina Romanovna univer006@mail.ru Бенин Андрей Владимирович Benin Andrey Vladimirovich benin@pgups.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation 21 09 2023 21 09 2023 20 3 673 684 19 09 2023 https://izvestiapgups.editorum.ru/en/nauka/article/70219/view

Цель: Рассмотреть проблемы, связанные с экспериментальным определением упруго-прочностных свойств композитной полимерной стеклопластиковой арматуры больших диаметров. Проанализировать состояние вопроса, провести обзор имеющихся методов определения упругих и прочностных характеристик композитной арматуры. Показать необходимость разработки методики прогнозирования упругих и прочностных свойств композитной полимерной арматуры большого диаметра с использованием методов косвенного измерения. Провести серию испытаний АКП на осевое растяжение и рассчитать значения упруго-прочностных характеристик, используя правило смеси для композитных материалов. Произвести сопоставительный анализ данных, полученных экспериментальными и аналитическими методами. Методы: Сравнительный анализ расчетных значений упруго-прочностных характеристик композитной арматуры с экспериментальными данными. Результаты: Указана необходимость совершенствования существующей нормативной методики определения упруго-прочностных характеристик стержней композитной арматуры. Установлены расчетные формулы, позволяющие произвести аналитический прогноз предела прочности и модуля упругости композитной стеклопластиковой арматуры. Произведена верификация полученных расчетных данных. Выявлена необходимость в проведении дополнительных испытаний с целью наработки статистической базы данных. Практическая значимость: Предложенная методика косвенного измерения характеристик композитной арматуры может быть рекомендована к дальнейшей экспериментальной апробации с целью снижения риска получения некорректных значений упруго-прочностных характеристик композитной полимерной арматуры большого диаметра при постановке прямого эксперимента.

Purpose: To consider the problems of experimental determination of elastic and strength properties of largediameter composite polymer glass fiber reinforced plastic rebar (FRP-rebar). To analyze the state of the issue, to make an overview of existing methods for determining elastic and strength properties of FRP-rebar. To show the necessity of developing methods of predicting the large-diameter FBR-rebar elastic and strength properties by means of indirect measurement methods. To carry out a series of tensile tests of FRP-rebar and to calculate the elastic-strength characteristics values using the rule of mixtures for composite materials. To make a comparative study of data obtained by experimental and analytical methods. Methods: Comparative analysis of the FRP-rebar elastic-strength characteristics calculated values with experimental data. Results: The need to improve the existing regulatory method for determining the elastic-strength characteristics of composite reinforcement bars is indicated. Calculation formulas of analytical prediction of the ultimate tensile strength and elastic modulus of FRP-rebar have been established. The calculated values obtained have been verified. The need of additional tests to build a statistical database has been identified. Practical significance: The proposed method for indirect measurement of FBR-rebar properties can be recommended for further experimental testing to reduce the risk of obtaining error values of elastic and strength characteristics of largediameter FRP-rebar when conducting direct experiments.

 Композитная арматура прочностные свойства анизотропия АКП правило смеси экспериментальные исследования испытания на осевое растяжение Fiber reinforced plastic rebar (FRP-rebar) strength properties FBR-rebar anisotropic properties the rule of mixtures experimental studies axial tensile tests

ГОСТ 31938-2022. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия. - Утв. Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии № 444-ст от 1 июня 2022 г. - М.: Российский институт стандартизации, 2022. - 20 с. GOST 31938-2022. Armatura kompozitnaya polimernaya dlya armirovaniya betonnyh konstrukciy. Obschie tehnicheskie usloviya. - Utv. Federal'nym agentstvom po tehnicheskomu regulirovaniyu i metrologii № 444-st ot 1 iyunya 2022 g. - M.: Rossiyskiy institut standartizacii, 2022. - 20 s. ГОСТ 32492-2015. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Методы определения физико-механических характеристик. - Утв. Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии № 2198-ст от 24 декабря 2015 г. - М.: Стандартинформ, 2016. - 17 с. GOST 32492-2015. Armatura kompozitnaya polimernaya dlya armirovaniya betonnyh konstrukciy. Metody opredeleniya fiziko-mehanicheskih harakteristik. - Utv. Federal'nym agentstvom po tehnicheskomu regulirovaniyu i metrologii № 2198-st ot 24 dekabrya 2015 g. - M.: Standartinform, 2016. - 17 s. ГОСТ 32487-2015. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Методы определения характеристик стойкости к агрессивным средам. - Утв. Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии № 2197-ст от 24 декабря 2015 г. - М.: Стандартинформ, 2016. - 8 с. GOST 32487-2015. Armatura kompozitnaya polimernaya dlya armirovaniya betonnyh konstrukciy. Metody opredeleniya harakteristik stoykosti k agressivnym sredam. - Utv. Federal'nym agentstvom po tehnicheskomu regulirovaniyu i metrologii № 2197-st ot 24 dekabrya 2015 g. - M.: Standartinform, 2016. - 8 s. ГОСТ 32486-2021. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Методы определения структурных характеристик. - Утв. Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии № 2196-ст от 24 декабря 2015 г. - М.: Стандартинформ, 2016. - 20 с. GOST 32486-2021. Armatura kompozitnaya polimernaya dlya armirovaniya betonnyh konstrukciy. Metody opredeleniya strukturnyh harakteristik. - Utv. Federal'nym agentstvom po tehnicheskomu regulirovaniyu i metrologii № 2196-st ot 24 dekabrya 2015 g. - M.: Standartinform, 2016. - 20 s. СП 405.1325800.2018. Конструкции бетонные с неметаллической фиброй и полимерной арматурой. Правила проектирования. - Утв. Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 24 декабря 2018 г. № 850/пр. - М.: Стандартинформ, 2019. - 24 с. SP 405.1325800.2018. Konstrukcii betonnye s nemetallicheskoy fibroy i polimernoy armaturoy. Pravila proektirovaniya. - Utv. Ministerstvom stroitel'stva i zhilischno-kommunal'nogo hozyaystva Rossiyskoy Federacii ot 24 dekabrya 2018 g. № 850/pr. - M.: Standartinform, 2019. - 24 s. СП 164.1325800.2014. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования. - Утв. Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 8 августа 2014 г. № 452/пр. - М.: Стандартинформ, 2015. - 47 с. SP 164.1325800.2014. Usilenie zhelezobetonnyh konstrukciy kompozitnymi materialami. Pravila proektirovaniya. - Utv. Ministerstvom stroitel'stva i zhilischno-kommunal'nogo hozyaystva Rossiyskoy Federacii ot 8 avgusta 2014 g. № 452/pr. - M.: Standartinform, 2015. - 47 s. ТР 013-1-14. Применение композитной арматуры. Технические рекомендации по применению неметаллической арматуры в бетонных конструкциях. - Утв. НИИЖБ - М., 2004. - 5 с. TR 013-1-14. Primenenie kompozitnoy armatury. Tehnicheskie rekomendacii po primeneniyu nemetallicheskoy armatury v betonnyh konstrukciyah. - Utv. NIIZhB - M., 2004. - 5 s. СТО 83269053-001-2010. Применение в транспортном строительстве неметаллической композитной арматуры периодического профиля. - Утв. ООО НПФ «УралСпецАрматура». - Пермь, 2010. - 58 с. STO 83269053-001-2010. Primenenie v transportnom stroitel'stve nemetallicheskoy kompozitnoy armatury periodicheskogo profilya. - Utv. OOO NPF «UralSpecArmatura». - Perm', 2010. - 58 s. Филин А. П. Исследование работы элементов конструкций, армированных неметаллической арматурой / А. П. Филин, Я. Е. Иохельсон, П. Е. Александров и др. - Л.: Институт инженеров железнодорожного транспорта, 1967. - 59 с. Filin A. P. Issledovanie raboty elementov konstrukciy, armirovannyh nemetallicheskoy armaturoy / A. P. Filin, Ya. E. Iohel'son, P. E. Aleksandrov i dr. - L.: Institut inzhenerov zheleznodorozhnogo transporta, 1967. - 59 s. Малбиев С. А. Полмеры в строительстве: учеб. пособие для вузов / С. А. Малбиев, В. К. Горшков, П. Б. Разговоров. - М.: Высшая школа, 2008. - 455 с. Malbiev S. A. Polmery v stroitel'stve: ucheb. posobie dlya vuzov / S. A. Malbiev, V. K. Gorshkov, P. B. Razgovorov. - M.: Vysshaya shkola, 2008. - 455 s. Фролов Н. П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции / Н. П. Фролов. - М.: Стройиздат, 1980. - 104 с. Frolov N. P. Stekloplastikovaya armatura i stekloplastbetonnye konstrukcii / N. P. Frolov. - M.: Stroyizdat, 1980. - 104 s. Завгороднев А. В. Перспективы применения композитной арматуры в морском гидротехническом строительстве / А. В. Завгороднев, А. М. Уманский, А. Т Беккер и др. // Горный информационный бюллетень (научно-технический журнал). - 2014. - № 54-9. - С. 137-148. Zavgorodnev A. V. Perspektivy primeneniya kompozitnoy armatury v morskom gidrotehnicheskom stroitel'stve / A. V. Zavgorodnev, A. M. Umanskiy, A. T Bekker i dr. // Gornyy informacionnyy byulleten' (nauchno-tehnicheskiy zhurnal). - 2014. - № 54-9. - S. 137-148. Селезнев В. А. Эксплуатационные характеристики полимерной композитной арматуры / В. А. Селезнев, В. А. Какуша, В. А. Ушков и др. // Промышленное и гражданское строительство. - 2021. - № 1. - С. 42-50. Seleznev V. A. Ekspluatacionnye harakteristiki polimernoy kompozitnoy armatury / V. A. Seleznev, V. A. Kakusha, V. A. Ushkov i dr. // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. - 2021. - № 1. - S. 42-50. Бенин А. В. Особенности испытаний композитной полимерной арматуры / А. В. Бенин, С. Г. Семенов // Промышленное и гражданское строительство. - 2014. - № 9. - С. 42-46. Benin A. V. Osobennosti ispytaniy kompozitnoy polimernoy armatury / A. V. Benin, S. G. Semenov // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. - 2014. - № 9. - S. 42-46. Волик А. Р. Особенности испытаний на растяжение композитной арматуры / А. Р. Волик, С. А. Сазон, К. Ю. Чурило // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 6. Тэхніка. - 2020. - Т. 10. - № 1. - С. 110-118. Volik A. R. Osobennosti ispytaniy na rastyazhenie kompozitnoy armatury / A. R. Volik, S. A. Sazon, K. Yu. Churilo // Vesnіk Grodzenskaga dzyarzhaўnaga ўnіversіteta іmya Yankі Kupaly. Ser. 6. Tehnіka. - 2020. - T. 10. - № 1. - S. 110-118. Садин Э. Я. Анкеровка в бетоне стеклопластиковой арматуры, производимой в Республике Беларусь / Э. Я. Садин // Архитектура и строительство. - 2016. - № 3. - С. 68-71. Sadin E. Ya. Ankerovka v betone stekloplastikovoy armatury, proizvodimoy v Respublike Belarus' / E. Ya. Sadin // Arhitektura i stroitel'stvo. - 2016. - № 3. - S. 68-71. Фролов Н. В. К вопросу об испытании стержневой полимеркомпозитной арматуры на осевое растяжение / Н. В. Фролов, М. А. Полоз, Е. Г. Колесникова // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. - 2016. - № 11. - С. 74-77. Frolov N. V. K voprosu ob ispytanii sterzhnevoy polimerkompozitnoy armatury na osevoe rastyazhenie / N. V. Frolov, M. A. Poloz, E. G. Kolesnikova // Vestnik BGTU im. V. G. Shuhova. - 2016. - № 11. - S. 74-77. Анкерное устройство для композитной арматуры: пат. 109172 Российская Федерация: МПК Е 04 С 5/12 / В. Н. Николаев, В. В. Николаев; заявл. 12.05.2011; опубл. 10.10.2011, Бюл. № 28. Ankernoe ustroystvo dlya kompozitnoy armatury: pat. 109172 Rossiyskaya Federaciya: MPK E 04 S 5/12 / V. N. Nikolaev, V. V. Nikolaev; zayavl. 12.05.2011; opubl. 10.10.2011, Byul. № 28. Анкер стержня стеклопластиковой арматуры: пат. 2032044 Российская Федерация: МПК Е 04 С 5/12 / В. Е. Казаринов; заявл. 13.01.1992; опубл. 27.03.1995. Anker sterzhnya stekloplastikovoy armatury: pat. 2032044 Rossiyskaya Federaciya: MPK E 04 S 5/12 / V. E. Kazarinov; zayavl. 13.01.1992; opubl. 27.03.1995. Способ образования анкерного устройства композитной арматуры и анкерное устройство: пат. 2776854 Российская Федерация: МПК Е 02 D 5/74 / Х. А. Джантимиров, П. Х. Джантимиров, Е. А. Дудукалова и др.; заявл. 16.11.2021; опубл. 27.07.2022, Бюл. № 21. Sposob obrazovaniya ankernogo ustroystva kompozitnoy armatury i ankernoe ustroystvo: pat. 2776854 Rossiyskaya Federaciya: MPK E 02 D 5/74 / H. A. Dzhantimirov, P. H. Dzhantimirov, E. A. Dudukalova i dr.; zayavl. 16.11.2021; opubl. 27.07.2022, Byul. № 21. Устройство для анкеровки композитной арматуры: пат. 2755614 Российская Федерация: МПК Е 04 С 5/12 / Д-К. Г. Накашидзе, Б. В. Накашидзе, П. Б. Березин; заявл. 24.02.2021; опубл. 17.09.2021, Бюл. № 26. Ustroystvo dlya ankerovki kompozitnoy armatury: pat. 2755614 Rossiyskaya Federaciya: MPK E 04 S 5/12 / D-K. G. Nakashidze, B. V. Nakashidze, P. B. Berezin; zayavl. 24.02.2021; opubl. 17.09.2021, Byul. № 26. Способ контроля прочности стержня композитной арматуры и устройство для его осуществления: пат. 2709597 Российская Федерация: МПК G 01 N 3/12. G 01 N 3/24 / С. А. Пушкарев, Ф. А. Уразбахтин, Р. Ш. Низамов и др.; заявл. 14.11.2018; опубл. 18.12.2019, Бюл. № 35. Sposob kontrolya prochnosti sterzhnya kompozitnoy armatury i ustroystvo dlya ego osuschestvleniya: pat. 2709597 Rossiyskaya Federaciya: MPK G 01 N 3/12. G 01 N 3/24 / S. A. Pushkarev, F. A. Urazbahtin, R. Sh. Nizamov i dr.; zayavl. 14.11.2018; opubl. 18.12.2019, Byul. № 35. Хорохордин А. Ю. Совершенствование методики анализа механических испытаний стеклопластиковой арматуры / А. Ю. Хорохордин, В. А. Абанин, М. Ю. Локтев и др. // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», Бийский технологический институт (филиал). - 2015. - С. 150-154. Horohordin A. Yu. Sovershenstvovanie metodiki analiza mehanicheskih ispytaniy stekloplastikovoy armatury / A. Yu. Horohordin, V. A. Abanin, M. Yu. Loktev i dr. // Tehnologii i oborudovanie himicheskoy, biotehnologicheskoy i pischevoy promyshlennosti: materialy VIII Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh s mezhdunarodnym uchastiem. FGBOU VPO «Altayskiy gosudarstvennyy tehnicheskiy universitet im. I. I. Polzunova», Biyskiy tehnologicheskiy institut (filial). - 2015. - S. 150-154. Селяев В. П. Исследование свойств волокнистых композитов методом продольного изгиба / В. П. Селяев, П. В. Селяев, М. Ф. Алимов и др. // Региональная архитектура и строительство. - 2014. - № 2. - С. 5-15. Selyaev V. P. Issledovanie svoystv voloknistyh kompozitov metodom prodol'nogo izgiba / V. P. Selyaev, P. V. Selyaev, M. F. Alimov i dr. // Regional'naya arhitektura i stroitel'stvo. - 2014. - № 2. - S. 5-15. Луговой А. Н. Исследование механических характеристик однонаправленно армированного стеклопластика методом продольного изгиба: специальность 05.02.01 - Материаловедение в машиностроении: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / А. Н. Луговой; ООО «Бийский завод стеклопластиков». - Барнаул, 2005. - С. 23-24. Lugovoy A. N. Issledovanie mehanicheskih harakteristik odnonapravlenno armirovannogo stekloplastika metodom prodol'nogo izgiba: special'nost' 05.02.01 - Materialovedenie v mashinostroenii: avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoy stepeni kandidata tehnicheskih nauk / A. N. Lugovoy; OOO «Biyskiy zavod stekloplastikov». - Barnaul, 2005. - S. 23-24. Пащенко А. А. Армирование неорганических вяжущих веществ минеральными волокнами / А. А. Пащенко, В. Л. Сербии, А. Л. Паславская и др. - М.: Стройиздат, 1988. - 200 с. Paschenko A. A. Armirovanie neorganicheskih vyazhuschih veschestv mineral'nymi voloknami / A. A. Paschenko, V. L. Serbii, A. L. Paslavskaya i dr. - M.: Stroyizdat, 1988. - 200 s. Мэттьюз Ф. Композитные материалы: Механика и технология / Ф. Мэттьюз, Р. Ролингс; пер. с англ. С. Л. Баженова. - М.: Техносфера, 2004. - 406 с. Mett'yuz F. Kompozitnye materialy: Mehanika i tehnologiya / F. Mett'yuz, R. Rolings; per. s angl. S. L. Bazhenova. - M.: Tehnosfera, 2004. - 406 s. Победря Б. Е. Механика композиционных материалов / Б. Е. Победря. - М.: Моск. ун-т, 1984. - 336 с. Pobedrya B. E. Mehanika kompozicionnyh materialov / B. E. Pobedrya. - M.: Mosk. un-t, 1984. - 336 s.