Композиты из полимера, армированного волокном (FRP), обладают высокой удельной прочностью, превосходной коррозионной стойкостью и удобством монтажа и широко применяются для усиления и восстановления существующих бетонных конструкций. Системы FRP позволяют восстановить повреждённые элементы конструкций с возвратом их несущей способности, усилить неповреждённые элементы для восприятия повышенных нагрузок, вызванных изменением назначения конструкции, или устранить ошибки, допущенные при первоначальном проектировании или строительстве. Перед выбором системы FRP аттестованные специалисты-проектировщики должны убедиться, что усиление методом FRP является подходящим техническим решением для данного проекта.

1 Сценарии применения усиления FRP

Технология композитного усиления FRP решает три основные инженерные задачи:

• Восстановление повреждённых элементов конструкций с возвратом их первоначальной несущей способности;

• Усиление неповреждённых элементов конструкций для восприятия повышенных нагрузок, вызванных изменением назначения и режима эксплуатации здания;

• Устранение дефектов, вызванных отклонениями при первоначальном проектировании или строительстве.

Усиление методом FRP не является универсальным решением для реконструкции и не может применяться произвольно. Специалисты-проектировщики должны сначала подтвердить пригодность систем FRP для рассматриваемой конструкции и лишь затем выбирать тип материала FRP, способ склеивания и конструктивные детали.

2 Оценка состояния существующих конструкций

Для оценки пригодности усиления методом FRP для конкретного проекта обязательна всесторонняя оценка состояния существующей конструкции. Цель оценки — количественно определить текущую несущую способность, выявить конструктивные недостатки и их первопричины, а также охарактеризовать состояние бетонного основания. Общая оценка включает тщательное обследование на месте, изучение проектной и исполнительной документации, а также расчётный анализ конструкции.

1) Изучение документации

Должны быть изучены все имеющиеся строительные документы, включая проектные чертежи, технические условия проекта, исполнительную документацию, отчёты о натурных испытаниях, сведения о ранее выполненных ремонтах и архивы технического обслуживания, — чтобы понять историю строительства и развитие повреждений конструкций.

2) Пункты натурного обследования

Натурное обследование должно установить следующую необходимую информацию:

(а) Фактические размеры элементов конструкций

(б) Расположение, размеры и причины трещин и сколов бетона

(в) Количество и расположение существующей арматуры

(г) Расположение и распространённость коррозии арматуры

(д) Наличие продолжающейся активной коррозии

(е) Прочность бетона на сжатие в конструкции

(ж) Сплошность бетона, особенно защитного слоя, во всех зонах, где FRP будет приклеен к основанию

Прочность бетонных поверхностей на растяжение для монтажа FRP должна измеряться испытаниями адгезии методом отрыва (pull-off). Прочность бетона на сжатие в конструкции можно получить путём отбора кернов. Несущая способность существующей конструкции должна определяться на основе данных натурного обследования, изучения расчётов и чертежей первоначального проекта, а также аналитического моделирования. При необходимости в оценку могут быть включены испытания нагрузкой или иные дополнительные методы.

3 Принципы проектирования элементов, усиленных FRP

Композитные системы FRP, предназначенные для повышения прочности существующих элементов, должны проектироваться с учётом ряда критических факторов: предельных нагрузок, рациональных путей передачи усилий, влияния температуры и окружающей среды на долговременные характеристики FRP, сценариев нагружения и воздействия коррозии арматуры на целостность системы усиления FRP. Проект должен обеспечивать баланс между механическими характеристиками, долговечностью материалов и риском развития повреждений, чтобы гарантировать долговременную безопасность и надёжность усиленной конструкции.

Заключение

Композитное усиление FRP — это отработанная технология реконструкции, основанная на всесторонней оценке состояния конструкций. Полный цикл работ по усилению начинается с выявления дефектов конструкций и оценки несущей способности, после чего следует выбор системы FRP и специализированное проектирование. Только при полной характеристике качества основания, состояния арматуры, трещинообразования и коррозии можно в полной мере использовать преимущества материалов FRP для выполнения безопасных и долговечных работ по усилению.