Jak cytować
Abstrakt
Projekt badawczy dotyczy zagadnienia przyczepności materiałów kompozytowych do betonu. Do badań zaadaptowano model badawczy zaproponowany przez RILEM (badania przyczepności zbrojenia stalowego do betonu, 1982).
Badania obejmowały łącznie 50 belek żelbetowych nie wzmocnionych i wzmocnionych materiałami kompozytowymi z włókien węglowych. Elementy podzielono na dwie zasadnicze serie, różniące się rodzajem technologii wzmocnienia (E i N).
W serii E, belki wzmocniono taśmami i matami naklejonymi na rozciąganej powierzchni elementów, w serii N, taśmy wklejano w betonową otulinę belek. W każdej z serii podstawowych (E, N) wyodrębniono belki niskie – typ I i wysokie – typ II oraz belki długie – typ L i krótkie – typ S. Zaproponowano również dwa różne stopnie zbrojenia stalowego: typ A - belki zbrojone 2#8mm, typ B - belki zbrojone 2#16mm. W belkach serii N, wzmocnionych wklejonymi taśmami, zaproponowano trzy długości badanego odcinka przyczepności taśm do betonu : 80mm, 120mm i 160mm. W obu seriach (E, N) przyjęto dwie klasy betonu o wytrzymałości 20MPa i 40MPa. W celu zbadania wpływu podłużnego zbrojenia stalowego na warunki przyczepności kompozytu do betonu, w czterech belkach przecięto pręty stalowe.
Wzmocnione belki z ciągłym zbrojeniem podłużnym, na ogół niszczyły się na skutek odspojenia zbrojenia kompozytowego wraz z otaczającą betonową otuliną. Ten typ zniszczenia jest charakterystyczny dla odspojenia końców taśm („end strip debonding”), w elementach wzmocnionych kompozytami o zbyt małej długości zakotwienia.
Badania wykazały, że wzrost wytrzymałości betonu opóźnia odspojenie taśm i wpływa na wzrost odkształceń granicznych kompozytu przy jego odspojeniu. Z uwagi na model zniszczenia belek (przy zginaniu), wytrzymałość betonu miała nieznaczny wpływ na nośność badanych elementów, zarówno w wypadku belek wzmocnionych wklejanymi taśmami, jak i belek wzmocnionych matami i taśmami przyklejanymi na rozciąganej ich powierzchni.
Pomiary odkształceń taśm kompozytowych na długości wklejonego odcinka, wykazały wpływ położenia badanego odcinka na odkształcalność kompozytu. Jeśli ten odcinek położony był w strefie czystego zginania, do odspojenia dochodziło później (przy większych odkształceniach granicznych taśm), niż w wypadku położenia badanego odcinka przyczepności w obszarze jednoczesnego działania momentu i siły tnącej.
Belki wzmocnione sztywnymi taśmami, przyklejanymi na powierzchni betonu, wykazały większe naprężenia przyczepności w porównaniu z belkami wzmocnionymi wiotkimi matami. Potwierdzono wpływ zbrojenia zwykłego na warunki przyczepności taśm wklejanych w betonową otulinę. Przecięcie tego zbrojenia spowodowało opóźnienie odspojenia taśm kompozytowych, a tym samym znaczące zwiększenie ich granicznych odkształceń.
Bibliografia
Kotynia R., Kamińska M. E.: „Odkształcalność i sposób zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych na zginanie materiałami kompozytowymi CFRP”, Zeszyt 13, Wyd. Katedry Budownictwa Betonowego PŁ, Łódź, 2003.
Kotynia R.: “Analysis of reinforced concrete beams strengthened with near surface mounted FRP reinforcement”. Archives of Civil Engineering, LII 2,September 2006, pp. 305-317.
Barros, J.A.O., Fortes, A.S.: “Flexural strengthening of concrete beams with CFRP laminates bonded into slits”, Journal of Cement & Concrete Composites, Vol. 27, 2005, pp. 471-480.
De Lorenzis, L. and Teng, J., “Near-Surface Mounted FRP Reinforcement: An Emerging Technique for Strengthening Structures”, Composites Part B: Eng., 38, 2, 2007, pp. 119-143.
Hassan, T. and Rizkalla, S., “Investigation of Bond in Concrete Structures Strengthened with Near Surface Mounted Carbon Fiber Reinforced Polymer Strips”, Journal of. Composites for Construction., 7, 3, 2003, pp. 248-257.
Täljsten, B., Carolin, A., and Nordin, H., “Concrete structures strengthened with near surface mounted reinforcement of CFRP”, Advanced. Structural Engineering, 6, 3, 2003, pp. 201–213.
Blaschko M., “Zum tragverhalten von betonbauteilen mit in schlitze eingeklebten CFK-lamellen”. Bericht 8/2001 aus dem Konstruktiven Ingenieurbau, TU Mnchen, 2001, 147 pp.
Seracino, R., Jones, M.N., Ali, M.S.M., Oehlers, J.D., “Bond strength of near-surface mounted FRP Strip-to-concrete joints”, Journal of. Composites for Construction, 11, 4, 2007, pp. 401-409.
Yao, J., Teng, J. G., and Chen, J. F. 2005a.: “Experimental study on FRP-to-concrete bonded joints”, Composites Part B: Eng ., 36, pp. 99–113.
Maeda T, Asano Y, Ueda T, Kakuta Y.: “A study on bond mechanism of carbon fiber sheet. Non-metallic (FRP) reinforcement for concrete structures”, Proceedings of 3rd Int. Symposium, Sapporo, Japan 1997, pp. 287–95.
De Lorenzis, L., Nanni, A.: “A Bond Between Near-Surface Mounted FRP Rods and Concrete in Structural Strengthening”, ACI Structural Journal, V. 99, No.2, 2001, pp. 123-132.
Sena-Cruz, J. M. S., Barros, J. A. O., “Bond Between Near Surface Mounted Carbon-fiber-reinforced Polymer Laminate Strips and Concrete”, Journal of. Composites for Construction, 8, 6, 2004, pp. 519–527.
RILEM, “Bond test for reinforcement steel. 1. Beam test”, TC9-RC, 1982.