ТРИФАКТОРНА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА МАТРИЦЯ ТА МЕТОДИКА МАЛОЦИКЛОВИХ ВИПРОБУВАНЬ БЕТОННИХ БАЛОК ІЗ РОБОЧОЮ GFRP-АРМАТУРОЮ В РОЗТЯГНУТІЙ ЗОНІ
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2026-17-23-33Ключові слова:
склопластикова арматура, GFRP, бетонна балка, малоциклове навантаження,, експериментальна матриця, прогин, деформації, циклічна жорсткість.Анотація
Методична неоднорідність опублікованих програм повторного навантаження GFRP-армованих згинальних елементів ускладнює пряме зіставлення даних, оскільки в них відрізняються межі циклу, кількість повторів, спосіб нормування навантаження та набір контрольованих показників. Метою роботи є розроблення та методичне обґрунтування формалізованої програми експериментального дослідження бетонних балок із робочою поздовжньою GFRP-арматурою в розтягнутій зоні за впорядкованих режимів малоциклового навантаження. Робота має методичний характер; її науковим результатом є експериментальна процедура, а не кількісні результати випробувань серії балок. Програма охоплює 15 зразків і три фактори: рівень робочого GFRP-армування X₁, клас бетону X₂ та впорядкований режим малоциклового навантаження X₃. Матрицю сформовано за геометрією гранецентрованого центрального композиційного плану: вісім кутових, шість осьових і одна центральна точка. Для X₁ прийнято схеми 3Ø8, 3Ø12 і 2Ø18 GFRP з фактичними значеннями μf=Af/(bh) 0,503; 1,130 і 1,697 %, для X₂ – класи C16/20, C20/25 та C25/30. X₃ трактовано як комплексний режим, оскільки між його рівнями одночасно змінюються Mmin, Mmax, середній момент, амплітуда та R. Циклічну дію нормують відносно апріорної прогнозованої лабораторної граничної згинальної здатності Mu,pred, яку визначають за сумісністю деформацій та рівновагою нормального перерізу. Сформовано режими 0↔0,4Mu,pred, 0,4↔0,6Mu,pred і 0,6↔0,8Mu,pred, кожний із десятьма циклами та 10-хвилинними витримками на верхній і нижній межах. Методика передбачає чотириточковий згин при прольоті 980 мм, плечі 415 мм і зоні постійного моменту 150 мм; зв’язок між сумарною силою домкрата та моментом становить M=0,2075P. Система вимірювань включає центральний прогин, безперервну реєстрацію деформацій бетону та GFRP із частотою 62,5 Гц і ручне визначення максимальної ширини розкриття нормальної тріщини. Наперед задано алгоритми визначення усередненої деформації GFRP, профілю ε(y), кривизни, положення нейтральної осі та циклічної секантної жорсткості. Через відсутність повторів і наявність лише однієї центральної точки матриця призначена для прямих порівнянь, аналізу тенденцій і пошукового моделювання без формального тесту невідповідності. Науково-методична новизна полягає в інтеграції єдиної факторної матриці, комплексно заданих циклічних режимів, наскрізної тензометрії та наперед визначених правил обробки в одному формалізованому протоколі.
Посилання
[1] M. Thériault and B. Benmokrane, "Effects of FRP Reinforcement Ratio and Concrete Strength on Flexural Behavior of Concrete Beams", Journal of Composites for Construction, vol. 2, no. 1, pp. 7–16, 1998. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(1998)2:1(7).
[2] H. A. Toutanji and M. Saafi, "Flexural Behavior of Concrete Beams Reinforced with Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) Bars", ACI Structural Journal, vol. 97, no. 5, pp. 712–719, 2000. https://doi.org/10.14359/8806.
[3] C. Mota, S. Alminar, and D. Svecova, "Critical Review of Deflection Formulas for FRP-RC Members", Journal of Composites for Construction, vol. 10, no. 3, pp. 183–194, 2006. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2006)10:3(183).
[4] A. El-Nemr, E. A. Ahmed, and B. Benmokrane, "Flexural Behavior and Serviceability of Normal- and High-Strength Concrete Beams Reinforced with Glass Fiber-Reinforced Polymer Bars", ACI Structural Journal, vol. 110, no. 6, pp. 1077–1088, 2013. https://doi.org/10.14359/51686162.
[5] Z. Saleh, M. Goldston, A. M. Remennikov, and M. N. Sheikh, "Flexural design of GFRP bar reinforced concrete beams: An appraisal of code recommendations", Journal of Building Engineering, vol. 25, 100794, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100794.
[6] O. Gouda, A. Y. A. Hassanein, and K. Galal, "Experimental and numerical study on the crack width and deflection performance of GFRP reinforced concrete beams", Engineering Structures, vol. 283, 115721, 2023. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.115721.
[7] C. Wu, X. He, W. Wu, and K. Ji, "Low cycle fatigue crack propagation and damage evolution of concrete beams reinforced with GFRP bar", Composite Structures, vol. 304, 116312, 2023. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116312.
[8] W. Wu et al., "Comparative research on low cycle fatigue performance of the GFRP(Steel)-RC beams", Case Studies in Construction Materials, vol. 19, e02317, 2023. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02317.
[9] I. E. Nagy, A. Asadian, and K. Galal, "Fatigue life and behaviour of ribbed GFRP reinforced concrete beams", Engineering Structures, vol. 309, 117989, 2024. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.117989.
[10] A. R. Murthy, P. Gandhi, D. M. Pukazhendhi, F. G. Samuel, and S. Vishnuvardhan, "Flexural behaviour of GFRP reinforced concrete beams under cyclic loading", Structural Engineering and Mechanics, vol. 84, no. 3, pp. 361–373, 2022. https://doi.org/10.12989/sem.2022.84.3.361.
[11] P. M. Koval and O. Ya. Hrymak, "Vplyv malotsyklovykh navantazhen na robotu betonnykh balok, armovanykh bazaltoplastykovoiu armaturoiu", Mosty ta tuneli: teoriia, doslidzhennia, praktyka, no. 10, pp. 35–42, 2016. https://doi.org/10.15802/bttrp2016/96148.
[12] P. M. Koval, O. Ya. Hrymak, and S. V. Stoianovych, "Vrakhuvannia dii malotsyklovykh navantazhen pry rozrakhunku betonnykh balok, armovanykh bazaltoplastykovoiu armaturoiu", Mosty ta tuneli: teoriia, doslidzhennia, praktyka, no. 13, pp. 37–45, 2018. https://doi.org/10.15802/bttrp2018/151432.
[13] Ye. V. Klymenko, I. I. Hrynova, and M. Herak, "Metodyka provedennia eksperymentalnoho doslidzhennia zalizobetonnoi balky z vykorystanniam skloplastykovoi armatury", Resursoekonomni materialy, konstruktsii, budivli ta sporudy, no. 46, pp. 216–224, 2024.
[14] G. E. P. Box and K. B. Wilson, "On the Experimental Attainment of Optimum Conditions", Journal of the Royal Statistical Society, Series B, vol. 13, no. 1, pp. 1–38, 1951. https://doi.org/10.1111/j.2517-6161.1951.tb00067.x.
[15] O. S. Stamenković, M. D. Kostić, D. B. Radosavljević, and V. B. Veljković, "Comparison of Box-Behnken, Face Central Composite and Full Factorial Designs in Optimization of Hempseed Oil Extraction by n-Hexane: a Case Study", Periodica Polytechnica Chemical Engineering, vol. 62, no. 3, pp. 359–367, 2018. https://doi.org/10.3311/PPch.11448.
[16] B. W. Chong, R. Othman, R. Putra Jaya, M. R. Mohd Hasan, A. V. Sandu, M. Nabiałek, B. Jeż, P. Pietrusiewicz, D. Kwiatkowski, P. Postawa, and M. M. A. B. Abdullah, "Design of Experiment on Concrete Mechanical Properties Prediction: A Critical Review", Materials, vol. 14, no. 8, 1866, 2021. https://doi.org/10.3390/ma14081866.
[17] DSTU 9065:2021, Armatura kompozytna dlia armuvannia betonnykh konstruktsii. Zahalni tekhnichni umovy. Kyiv, Ukraine: DP "UkrNDNTs", 2021.
[18] DSTU B V.2.7-214:2009, Betony. Metody vyznachennia mitsnosti za kontrolnymy zrazkamy. Kyiv, Ukraine: Minrehionbud Ukrainy, 2010.
[19] DSTU B V.2.7-217:2009, Betony. Metody vyznachennia pryzmovoi mitsnosti, modulia pruzhnosti i koefitsiienta Puassona. Kyiv, Ukraine: Minrehionbud Ukrainy, 2010.
[20] DSTU-N B V.2.6-185:2012, Nastanova z proektuvannia ta vyhotovlennia betonnykh konstruktsii z nemetalevoiu kompozytnoiu armaturoiu na osnovi bazalto- i sklorovinhu. Kyiv, Ukraine: Minrehion Ukrainy, 2012.
[21] DBN V.2.6-98:2009, Konstruktsii budynkiv i sporud. Betonni ta zalizobetonni konstruktsii. Osnovni polozhennia. Kyiv, Ukraine: Minrehionbud Ukrainy, 2011, Amendment No. 1.
[22] ACI Committee 440, ACI CODE-440.11-22: Building Code Requirements for Structural Concrete Reinforced with Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) Bars-Code and Commentary. Farmington Hills, MI, USA: American Concrete Institute, 2022.
[23] DSTU B V.2.6-156:2010, Betonni ta zalizobetonni konstruktsii z vazhkoho betonu. Pravyla proektuvannia. Kyiv, Ukraine: Minrehionbud Ukrainy, 2011.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 СУЧАСНЕ БУДІВНИЦТВО ТА АРХІТЕКТУРА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
