Когда бетон и пластиковые стержни с углеродными, стеклянными или базальтовыми волокнами (CFRP, GFRP, BFRP) работают вместе в сейсмически активных зонах, их сцепление постепенно разрушается из-за циклических нагрузок. Это исследование — первое, где детально изучили, как именно это происходит.

Ученые провели серию экспериментов: тянули и толкали стержни, закрепленные в бетоне, имитируя нагрузки от землетрясений. Смотрели, как влияют диаметр стержня, длина заделки, прочность бетона и форма насечек на поверхности.

Результаты опубликованы в издании Smart Construction.

Оказалось:

• Чем толще стержень, тем слабее сцепление — площадь контакта меньше, трение хуже.
• Длинные стержни держатся крепче, но только до определенного предела — дальше эффект почти не растет.
• Прочный бетон лучше сопротивляется разрушению, но если насечки слишком агрессивные, они сами рвут структуру.

На основе данных создали модель, которая предсказывает, как будет вести себя связка «бетон-стержень» при многократных нагрузках. Это поможет проектировать здания, устойчивые к землетрясениям.

Главный плюс — инженеры теперь смогут точнее рассчитывать конструкции с FRP-арматурой в сейсмических регионах. Раньше данные о циклическом поведении таких материалов были отрывочными, а значит, запас прочности брали «на глаз». Теперь можно оптимизировать проекты, избегая перерасхода материалов или, наоборот, риска разрушения.

Исследование не учитывает влияние коррозии или длительных вибраций — только циклические нагрузки. В реальности бетон трескается, влага попадает на стержни, и их свойства меняются. Хорошо бы добавить испытания в агрессивных средах.

Ранее ученые заявили, что бетонные джунгли тоже помогают бороться с изменением климата.