КРИТИЧНИЙ АНАЛІЗ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ФАКТОРІВ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ЗЧЕПЛЕННЯ АРМАТУРИ З БЕТОНОМ
DOI:
https://doi.org/10.32782/2415-8151.2025.38.2.10Ключові слова:
залізобетон, зчеплення арматури з бетоном, bond-slip-модель, середні напруження зчеплення, випробування на висмикування (pull-out test), випробування кінців балок (beam-end test), методи розподіленого волоконно-оптичного зондування (DFOS), метод цифрової кореляції зображень (DIC)Анотація
Мета: проведення системного критичного аналізу існуючих експериментальних методів дослідження (pull-out та beam tests) зчеплення арматури з бетоном, систематизація численних визначальних факторів (включаючи властивості бетону та арматури, умови навколишнього середовища, геометричні та динамічні параметри) на міцність та характер руйнування зчеплення, а також обґрунтування необхідності застосування сучасних методик моніторингу (DFOS та DIC) для підвищення достовірності моделі зчеплення арматури з бетоном в умовах різного ступеня обмеження арматурного стержня у бетонній матриці. Методологія. Дослідження ґрунтується на критичному аналізі та порівнянні традиційних експериментальних методів (випробування на висмикування/вдавлювання та балкові випробування/випробування кінців балок), які є основними для визначення середніх та локальних напружень зчеплення. Проведено систематизацію впливу матеріальних (клас бетону, діаметр арматури), геометричних (довжина анкерування, захисний шар, обмеження, умови бетонування) та зовнішніх/динамічних (корозія, температура, швидкість навантаження) факторів. Ключовим методологічним підходом є аналіз потенціалу новітніх методик моніторингу розподілене волоконно-оптичне зондування (DFOS) та цифрова кореляція зображень (DIC). Результати. Виявлено, що випробування на висмикування створюють нерепрезентативний напружено-деформований стан (стиск бетону) та часто дають завищені значення міцності зчеплення, особливо у зразках без зони відсутності зчеплення. Натомість балкові випробування (зокрема, модифікація fib Model Code 2020) краще відображають роботу арматури у розтягнутій зоні елементів. DFOS та DIC дають змогу точно розраховувати локальні параметри τbond та δ, забезпечуючи зовнішню валідацію даних та контроль кінематики руйнування. Установлено, що збільшення довжини анкерування (наприклад, з 5Ø до 10Ø) призводить до зниження середньої міцності зчеплення (до 32%). Достатнє обмеження запобігає крихкому розколюванню (splitting), сприяючи пластичному висмикуванню (pull-out), яке краще описується аналітичними моделями τbond – δ, рекомендованими чинними нормативними документами. Корозія (понад 6%) та високі температури значно знижують міцність зчеплення, тоді як висока швидкість навантаження (динамічні впливи) може підвищити його (динамічний фактор збільшення DIF ≈ 1,5). Наукова новизна. Наукова новизна полягає у системному критичному синтезі багатофакторної проблеми зчеплення, що підкреслює обмеженість традиційних експериментальних баз даних та обґрунтовує синергетичне застосування DFOS та DIC як ключового інструменту для отримання деталізованих локальних даних. Ці дані є необхідними для механістично обґрунтованого уточнення параметрів моделі τbond – δ в умовах, які відповідають експлуатаційним (урахування впливу обмеження, технологічних, динамічних та корозійних ефектів). Практична значущість. Проведений критичний аналіз існуючих традиційних методів випробувань дає змогу розробити нові, більш удосконалені ме- тодики експериментальних досліджень зчеплення арматури з бетоном. Отримані висновки щодо доцільності методів випробувань та чинників впливу створюють надійну експериментальну базу для розроблення вдосконалених чисельних та аналітичних моделей зчеплення, що в кінцевому підсумку дасть змогу підвищити достовірність розрахунків ширини розкриття тріщин, анкерування та розробити обґрунтовані рекомендації для відновлення і посилення будівель та споруд.
Посилання
Дмитренко Є.А., Бакай Т.В. Залежності зчеплення арматури з бетоном за різних видів руйнування зони їх контакту. Збірник тез доповідей ХII Міжнародної науково-технічної конференції «Крамаровські читання». Київ : НУБіП України, 2025. С. 524–527.
Дмитренко Є.А., Денисенко Д.О. Зміна параметрів зчеплення арматури з бетоном за дії довготривалих навантажень. Збірник тез доповідей ХII Міжнародної науково-технічної конференції «Крамаровські читання». Київ : НУБіП України, 2025. С. 527–530.
Ромашко О.В., Журавський В.М., Ромашко О.Д. Узагальнена модель зчеплення арматури з бетоном. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. 2019. Вип. 37. С. 214–221. URL: http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?I21DBN=LINK&P21DBN=UJRN&Z21ID=&S21REF=10&S21CNR=20&S21STN=1&S21F MT=ASP_meta&C21COM=S&2_S21P03=FILA=&2_S21STR=rmkbs_2019_37_28
Філіпчук С., Поляновська О. Дослідження опору витягання арматурних стержнів із бетонів різних класів. Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві. 2019. Вип. 11. С. 132–139. DOI: https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2019-1(11)-16.
Філіпчук С.В., Поляновська О.Є. Порівняльний аналіз досліджень зчеплення арматури з бетоном різними методами випробування. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. 2022. Вип. 41. С. 253–257. DOI: https://doi.org/10.31713/budres.v0i41.028.
Яковенко І.А., Дмитренко Є.А. Класифікація параметрів та пошук аналітичних залежностей зчеплення арматури з бетоном у залізобетонних конструкціях будівель та споруд. Збірник тез доповідей ХII Міжнародної науково-технічної конференції «Крамаровські читання». Київ : НУБіП України, 2025. С. 533–536.
ASTM. Standard Test Method for Comparing Bond Strength of Steel Reinforcing Bars to Concrete Using Beam-End Specimens. A944-10. USA: ASTM, 2015. 4 p. DOI: http://doi.org/10.1520/A0944-10R15.
Bado M.F., Casas J.R., Kaklauskas G. Distributed Sensing (DOFS) in Reinforced Concrete Members for Reinforcement Strain Monitoring, Crack Detection and Bond-Slip Calculation. Engineering Structures. 2021. Vol. 226. No. 111385. DOI: http://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111385.
Corres E., Muttoni A. Bond of Steel Reinforcement Based on Detailed Measurements: Results and Interpretations. Structural Concrete. 2023. Vol. 24. P. 7173–7204. DOI: http://doi.org/10.1002/suco.202300324.
Corres E., Muttoni A. Local Bond-Slip Model Based on Mechanical Considerations. Engineering Structures. 2024. Vol. 314. No. 1181190. DOI: http://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118190.
Dmytrenko Y., Usenko M., Yakovenko I. Collisions of Strength Determination Modeling for Eccentrically Compressed Reinforced Concrete Constructions with Small Eccentricities by Normal Sections in Lira-FEM Software. In: Blikharskyy Z., Zhelykh V. (Eds.). Proceedings of EcoComfort 2024. EcoComfort 2024. Lecture Notes in Civil Engineering. Cham: Springer, 2024. P. 50–63. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-67576-8_5.
Fan C., Zheng Y., Wen Y., Sun M. Classification and Prediction of Deformed Steel and Concrete Bond-Slip Failure Modes Based on SSA-ELM Model. Structures. 2023. Vol. 57. No. 105131. DOI: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.105131.
Galkovski T., Mata-Falcón J., Kaufmann W. Experimental Investigation of Bond and Crack Behaviour of Reinforced Concrete Ties Using Distributed Fibre Optical Sensing and Digital Image Correlation. Engineering Structures. 2023. Vol. 292. No. 116467. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.116467.
Kang S.-B., Wang S., Long X., Wang D.-D., Wang C.-Y. Investigation of Dynamic Bond-Slip Behaviour of Reinforcing Bars in Concrete. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 262. No. 120824. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120824.
Khaksefidi S., Ghalehnovi M., Brito J. Bond Behaviour of High-Strength Steel Rebars in Normal (NSC) and Ultra-High-Performance Concrete (UHPC). Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 33. No. 101592. DOI: http://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101592.
Long X., Wang C.-Y., Zhao P.-Z., Kang S.-B. Bond Strength of Steel Reinforcement under Different Loading Rates. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 238. No. 117749. DOI: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117749.
Lv X., Yu Z., Shan Z. Bond Stress-Slip Model for Rebar-Concrete Interface Under Monotonic and Cyclic Loading. Structures. 2021. Vol. 34. P. 498–506. DOI: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.07.093.
Mak W.T.M., Lees J.M. Bond Strength and Confinement in Reinforced Concrete. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 355. No. 129012. DOI: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129012.
Mazumder M.H., Gilbert R.I. Finite Element Modelling of Bond–Slip at Anchorages of Reinforced Concrete Members Subjected to Bending. SN Applied Science. 2019. Vol. 1. No. 1332. DOI: http://doi.org/10.1007/s42452-019-1368-5.
Metelli G., Cairns J., Plizzari G. A New fib Model Code Proposal for a Beam-End Type Bond Test. Structural Concrete. 2023. Vol. 24, No. 4. P. 4446–4463. DOI: http://doi.org/10.1002/suco.202300124.
RILEM TC. RC 6 Bond test for reinforcement steel. 2. Pull-out test. In: RILEM Recommendations for the Testing and Use of Constructions Materials. 1983. P. 218–220. URL: https://www.rilem.net/publication/publication/4?id_papier=4020
Vembu P.R.S., Ammasi A.K. A Comprehensive Review on the Factors Affecting Bond Strength in Concrete. Buildings. 2023. Vol. 13, No. 3. No. 577. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13030577.
Yakovenko I., Dmytrenko Y., Bakulina V. Construction of Analytical Coupling Model in Reinforced Concrete Structures in the Presence of Discrete Cracks. In: Bieliatynskyi A., Breskich V. (Eds.). Safety in Aviation and Space Technologies. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Cham: Springer, 2023. P. 107–120. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-85057-9_10.
Yakovenko I.A., Dmytrenko Ye.A. Influence of Reinforcement Parameters on the Width of Crack Opening in Reinforced Concrete Structures. Achievements of Ukraine and EU Countries in Technological Innovations and Invention: coll.mon. Riga: Izdevnieciba «Baltija Publishing», 2022. P. 510–536. DOI: https://doi.org/ 10.30525/978-9934-26-254-8-18.
Zheng Y., Fan C., Ma J., Wang S. Review of Research on Bond–Slip of Reinforced Concrete Structures. Construction and Building Materials. 2023. Vol. 385. No. 131437. DOI: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131437.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
