Jak cytować
Abstrakt
Dotychczasowe badania żelbetowych elementów wzmocnionych na zginanie przy użyciu zewnętrznych (Externally Bounded - EB) materiałów kompozytowych (Fiber Reinforced Polymer - FRP), przyklejonych do rozciąganej powierzchni betonu, wykazały ograniczoną efektywność tej techniki ze względu na nagłe odspojenie kompozytu od powierzchni betonu przed osiągnięciem jego granicznych odkształceń. Należy podkreślić, że wzmocnienie na zginanie przy zastosowaniu przy-klejonych w sposób bierny materiałów FRP, zwiększa nośność elementu, ale jednocześnie ma niewielki wpływ na stan graniczny użytkowalności (zarysowanie i ugięcia elementu). Sprężanie materiału kompozytowego FRP zostało zapropo-nowane w celu zwiększenia stopnia wykorzystania wytrzymałości materiału kompozytowego na rozciąganie i poprawy efektywności wzmocnienia w stanie granicznym użytkowalności.
Program badań obejmował trzy serie belek żelbetowych, zróżnicowanych pod względem stopnia stalowego zbrojenia (4#12 ρs=0.49% i 4#16 ρs=0.87%), wytrzymałości betonu, poziomu wytężenia elementu w chwili wykonywania wzmoc-nienia oraz przyczepności taśmy CFRP do powierzchni betonu i zastosowanego zakotwienia.
Praktyczny aspekt programu badań koncentruje się na wpływie poziomu wstępnego obciążenia elementu, na efektyw-ność wzmocnienia przy użyciu sprężonych taśm CFRP. W praktyce inżynierskiej bardzo często można spotkać elementy konstrukcyjne obciążone przed wzmocnieniem, w których doszło nawet do przekroczenia dopuszczalnych warunków stanu granicznego użytkowalności (zarysowania lub ugięć). Wpływ wcześniejszego wytężenia zginanych elementów konstruk-cyjnych wzmocnionych przy użyciu naprężonych kompozytów był dotąd bardzo rzadko analizowany w pracach badaw-czych.
Rozważono dwa poziomy wstępnego obciążenia elementów przed wzmocnieniem: wyłącznie pod ciężarem własnym oraz pod ciężarem własnym i obciążeniem zewnętrznym. Obciążenie ciężarem własnym stanowiło 25% i 14% nośności elementu niewzmocnionego, odpowiednio w elementach o niższym i wyższym stopniu zbrojenia stalowego. Wyższy po-ziom wstępnego wytężenia belek równy 76% nośności na zginanie elementu niewzmocnionego, został wybrany w celu zbadania takiego przypadku, w którym zbrojenie zwykłe było bliskie uplastycznieniu.
Przeprowadzone badania doświadczalne dały obiecujące wyniki zarówno w odniesieniu do stanu granicznego nośności, jak i użytkowalności. Stopień wzmocnienia zdefiniowany jako stosunek różnicy nośności elementu wzmocnionego i nie-wzmocnionego do nośności elementu niewzmocnionego, wahał się w zakresie od 0.64 do 1.20. W pracy omówiono wpływ wszystkich rozważanych parametrów, a więc stopnia zbrojenia zwykłego, przyczepności taśmy do betonu, poziomu wstęp-nego wytężenia elementu podczas wzmocnienia i poziomu wstępnego naprężenia kompozytu.
Bibliografia
Aram, M. R., Czaderski, C., and Motavalli, M. (2008). “Effects of gradually anchored prestressed CFRP strips bonded on prestressed concrete slabs.” J. Compos. Constr., 12:1(25), 25-34.
Czkwianianc A., Kamińska M. E.: „Metoda nieliniowej analizy żelbetowych elementów prętowych.” KILiW PAN IPPT, Studia z Zakresu Inżynierii nr 36, Warszawa 1993.
Deuring, M.: "Verstärken von Stahlbeton mit gespannten Faserverbundwerkstoffen.", EMPA Dübendorf, Bericht Nr. 224, Switzerland, 1993.
El-Hacha, R., Wight, R. G., and Green, M.F.: “Innovative System for Prestressing Fiber-Reinforced Polymer Sheets.” Aci Structural Journal, 100(3), 305-313, 2003.
Kamińska M. E., Kotynia R.: Doświadczalne badania żelbetowych belek wzmocnionych taśmami CFRP, „Badania doświadczalne elementów i konstrukcji betonowych”, Z. 9, Wyd. Kat. Bud. Bet. PŁ, Łódź, 2000.
Kotynia R., Kamińska M. E.: Odkształcalność i sposób zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych na zginanie materiałami CFRP, „Badania doświadczalne elementów i konstrukcji betonowych”, Z. 13, Wyd. Kat. Bud. Bet. PŁ, Łódź, 2003.
Kotynia, R., Walendziak, R., Stoecklin, I., Meier, U.: “RC Slabs Strengthened with Prestressed and Gradually An-chored CFRP Strips under Monotonic and Cycling Loading” Journal of Composites for Construction, 15(2), 168-180, 2011.
Meier, U.: “Strengthening of structures using carbon fibre/epoxy composites.” Construction and Building Materials, 9(6), 341–351, 1995.
Meier, U., Kotynia R.: „Wzmacnianie konstrukcji żelbetowych naprężonymi materiałami kompozytowymi FRP.” Inżynieria i Budownictwo 11/2006, str. 596-599.
Teng, J.G., Chen, J.F., Smith, S.T., and Lam, L.: “FRP: Strengthened RC Structures”, John Wiley & Sons, ISBN 0471487066, UK, 2002.
Trintafillou, T. C., Deskovic, N., and Deuring, M.: “Strengthening of Concrete Structures with Prestressed Fiber Reinforced Sheets.” Aci Structural Journal, 89(3), 235-244, 1992.
Wight, R. G., Green, M. F., and Erki, M.-A.: “Prestressed FRP sheets for poststrengthening reinforced concrete slabs.” Journal of Composites for Construction, 5(4), 214–220, 2001.