Jak cytować
Abstrakt
Badania dotyczyły mechanizmów zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych materiałami kompozytowymi CFRP, naklejonymi na powierzchni elementu. Wszystkie badania wykazały, że jednym z powodów zniszczenia wzmocnionego elementu może być odspojenie kompozytu, rozpoczynające się w obszarze maksymalnego momentu i postępujące w kierunku jednej z podpór. Następuje to na skutek poprzecznego nacisku betonowej otuliny stalowego zbrojenia rozciąganego na zewnętrzne zbrojenie CFRP, przy odkształceniach kompozytu rzędu 5 – 10‰. Oznacza to, że wytrzymałość materiału kompozytowego może być wykorzystana w niewielkim stopniu.
Badania miały na celu sprawdzenie, czy wprowadzenie dodatkowego zbrojenia kompozytowego może opóźnić proces odspojenia kompozytu, a tym samym spowodować lepsze wykorzystanie jego nośności.
Przedmiotem badania były jednoprzęsłowe, swobodnie podparte belki żelbetowe o przekroju prostokątnym 150x300mm i rozpiętości 4200mm. Zbadano 6 belek w I serii i 4 belki w II serii. W belkach I serii zastosowano dodatkowe zbrojenie kompozytowe o kierunku włókien prostopadłym do podłużnej osi belki, w postaci mat i kształtek typu L. Badania wykazały, że takie dodatkowe zbrojenie powoduje opóźnienie procesu odspajania głównego zbrojenia kompozytowego, ale nie wpływa znacząco na wzrost nośności elementu na zginanie. Bardziej skuteczny okazał się sposób zbrojenia przyjęty w II serii, z matami CFRP o kierunku włókien równoległym do podłużnej osi belki, zwłaszcza w tym przypadku, gdy maty sięgały na boczne powierzchnie belki.
Badania potwierdziły wcześniejsze obserwacje dotyczące sposobu zniszczenia na skutek odspojenia kompozytu od powierzchni betonu. Model obliczeniowy, w którym przyjęto zasadę zachowania płaskiego przekroju oraz zależności σ - ε odpowiadające rzeczywistym właściwościom zastosowanych materiałów, bardzo dobrze opisuje zachowanie się wzmocnionych elementów w całym zakresie obciążenia. Umożliwia on także uwzględnienie obciążenia belki przed jej wzmocnieniem.
Bibliografia
Meier U.: Composites for Structural Repair and Retrofitting. Proc. of the 1st Int. Conference on Fiber Composites in Infrastructure,ICCI 1996, pp.1202-1216.
Meier U.: Post strengthening by continuous fiber laminates in Europe. Non-metallic (FRP) reiforcement for concrete structures.Proc. of the 3rd International Symposium, 1997, Vol. 1, pp. 42-56.
Externally Bonded FRP Reinforcement for RC Structures, Technical report, Biulletin no 14 (fib). Lusanne, Switzerland 2001.
Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. Reported ACI440.2R-02.
Design guidance for strengthening concrete structures using fibre composite materials. Rechnical Report No. 55 of the ConcreteSociety Committee, 2000.
Brandt A.N.: O zastosowaniu uzbrojenia i sprężenia konstrukcji prętami, cięgnami i taśmami z materiałów kompozytowych. XLIIKonferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Krynica 1996, mat. pokonferencyjne, Tom 9, s. 169-191.
Radomski W.: Nowe materiały w mostownictwie, XLV Konferencja Naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN iKomitetu Nauki PZITB, Wrocław-Krynica 1999, Tom 6, s. 281-302.
Radomski W.: Zastosowania materiałów kompozytowych w mostownictwie. Konferencja Naukowo-Techniczna „Materiały Kom-pozytowe w Budownictwie Mostowym”. Zeszyt pokonferencyjny, s. 7 – 22, Łódź, grudzień 2000.
Kamińska M.E., Kotynia R.: Doświadczalne badania żelbetowych belek wzmocnionych taśmami CFRP. Zeszyt 9, WydawnictwoKatedry Budownictwa Betonowego Politechniki Łódzkiej, Łódź, 2000.
Cichocki M.: Odkształcalność i nośność zarysowanych belek żelbetowych wzmocnionych taśmami kompozytowymi CFRP. „Inży-nieria i Budownictwo” nr 12/99, s.698-703.
Rybak M., Łagoda M.: Wzmacnianie mostów betonowych za pomocą przyklejanego zbrojenia zewnętrznego. XVIII KonferencjaNaukowo-Techniczna „Awarie Budowlane”, Szczecin-Międzyzdroje, 19-22.05.1997, s.
Łagoda M., Olaszek P.: Badania mostów wzmacnianych przez doklejenie zbrojenia. XLV Konferencja Naukowa KILiW PAN iKN PZITB, Krynica 1999, Tom 9, s. 169-191.
Kamińska M. E., Kotynia R.: „Obliczeniowe określenie nośności żelbetowych belek wzmocnionych taśmami CFRP”, Inżynieria iBudownictwo 2000 nr 11, s. 620-625.
Zestaw wyrobów Sika CarboDur do wzmacniania i napraw konstrukcji betonowych ITB2002 AT-15-5604/2002
Zestaw wyrobów Sika CarboDur do wzmacniania i napraw konstrukcji betonowych ITB2002 AT-15-5604/2002
Taśmy kompozytowe na bazie żywic epoksydowych z włóknami węglowymi. S&P CFK-Lamellen. IBD0M AT/2000-04-0822
Cichocki M.: Badania zarysowanych belek teowych wzmocnionych taśmami kompozytowymi z włókien węglowych – CFRP.„Współczesne metody wzmacniania i przebudowy mostów”, Instytut Inżynierii Lądowej Politechniki Poznańskiej, Poznań 8-9.06.1999, s. 34-43.
Siwowski T.: Wzmocnienie mostu żelbetowego za pomocą taśm kompozytowych z włóknami węglowymi (CFRP), III Ogólnopol-ska Konferencja Mostowców, Wisła 1997, s. 283-392.
Siwowski T., Radomski W.: Pierwsze krajowe zastosowanie taśm kompozytowych do wzmocnienia mostu. „Inżynieria i Budow-nictwo” nr 7/98, s.382-388.
Furtak K.: Wzmocnienie oczepów wiaduktu drogowego taśmami kompozytowymi z włókien węglowych. „Inżynieria i Budownic-two” nr 8/98, s. 435-437.
Furtak K.: Przypadek wzmocnienia żelbetowych belek mostowych za pomocą mat kompozytowych z włókien węglowych. IXSeminarium „Współczesne metody wzmacniania i przebudowy mostów”, Instytut Inżynierii Lądowej Politechniki Poznańskiej,Poznań 8-9.06.1999, s. 53-59.
Kamiński M., Wydra W.: Wzmacnianie konstrukcji żelbetowych za pomocą włókien węglowych z uwzględnieniem wymagańochrony przeciwpożarowej. XIII Konferencja „Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji”, Ustroń 26-28.02.1998, s. 87-98.
Kotynia R.: Load bearing capacity and strains of reinforced concrete beams strengthened with carbon composite plates, The 3rdInternational PhD Symposium in Civil Engineering, V. II, Vienna 2000, pp. 193- 202 ,.
Ahmed O., Van Gemert D.: Effect of Longitudinal Carbon Fiber Reinforced Plastic Laminates of Shear Capacity of ReinforcedConcrete Beams, Fourth Symposium Fiber Polymer Reinforcement for Reinforced Concrete Structures, SP 188-79, pp. 933-943.
Grace N.F.: Strengthening of Negative Moment Region of Reinforced Concrete Beams Using Carbon Fiber-Reinforced PolymerStrips, ACI Structural Journal, May-June 2001, V. 98, No.3.
Takahashi Y., Hata Y., Sato T., Ueda T., Maeda T.: Flexural Strengthening of Reinforced Concrete Beams with Carbon FiberSheets, Fourth Symposium Fiber Polymer Reinforcement for Reinforced Concrete Structures, SP 188-62, pp. 711-724.
Shahawy M., Chaallal O., Beitelman T., El-Saad, A.: Flexural Strengthening with Carbon Fiber-Reinforced Polymer Composites ofPreloaded Full-Scale Girders, ACI Structural Journal, September-Oktober 2001, V. 98 Nr 5, pp. 735 – 742
Cha O., Balaguru P., Chung L.: Experimental and Analytical Investigation of Partially Prestressed Concrete Beams Strengtheningwith Carbon Reinforcement, Fourth International Symposium Fiber Polymer Reinforcement for Reinforced Concrete Structures,SP 188-55, pp. 625-633.
Breña S.F., Bramblett R.M.,. Wood S.L., Kreger M.E.: Increasing Flexural Capacity of Reinforced Concrete Beams Using CarbonFiber–Reinforced Polymer Composites, ACI Structural Journal, January-February 2003, V. 100, No 1, pp. 36 – 46.
Kamińska M.E., Kotynia R.: Effect of Different Parameters on Strengthening Ratio of RC Beams Strengthened with CFRP Plates,Proceedings of the International Conference Composites in Construction -CCC2001, pp. 529-534, Porto 2001.
Kamińska M. E, Kotynia R., Sowa Ł., Waśniewski T.: „Efektywność wzmocnienia belek żelbetowych na ścinanie materiałamikompozytowymi CFRP”, XLIX Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB Krynica 2003, s. 49-56.
Ross, A., Jermore D.M., Tedesco J.W., Hughes M.L.: Strengthening of Reinforced Concrete Beams with Externally Bonded Com-posite Laminates, ACI Structural Journal, March-April 1999, V.96, No.2, pp. 212-220.
Kamińska M. E., Kotynia R.: Discussion 96-S23 ACI Structural Journal, January - February 2000, pp. 204-205.
Czkwianianc A., Kamińska M. E.: Metoda nieliniowej analizy żelbetowych elementów prętowych. KILiW PAN IPPT, Studia zZakresu Inżynierii nr 36, Warszawa 1993.