Przegląd metod wzmacniania konstrukcji żelbetowych przy użyciu materiałów kompozytowych

• Autorzy: Kotynia Renata

Warianty tytułu

EN

Review of strengthening methods for reinforced concrete structures using composite materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono sposoby wzmacniania elementów żelbetowych przy użyciu biernych i czynnych systemów wzmacniania materiałami z włóknami węglowymi CFRP przyklejanymi na powierzchni betonu lub wklejanymi w betonowe bruzdy. Omówiono zagadnienia wzmocnień dotyczące zginania i ścinania sposobem biernym oraz czynne systemy wzmocnień. Zaprezentowano wyniki badań własnych prowadzonych w Katedrze Budownictwa Betonowego PŁ w zakresie wzmocnień na zginanie metodami EBR oraz NSMR przy użyciu biernych i czynnych technik. Dodatkowo przedstawiono wyniki badań własnych wzmocnień na ścinanie przy użyciu taśm i mat przyklejanych na zewnętrznej powierzchni oraz taśm wklejanych metodą NSMR.

EN

The paper presents strengthening methods of reinforced concrete elements using passive and active strengthening systems with CFRP carbon fibre materials bonded on the concrete surface or embedded in concrete grooves. The issues of passive and active flexural and shear strengthening have been discussed. The results of own research, carried out at the Department of Concrete Structures, have been presented in the field of flexural strengthening by EBR and NSMR methods, using both passive and active techniques. Additionally, the results of the own research on shear strengthening using strips bonded on the surface using the NSMR method have been presented.

Słowa kluczowe

PL

konstrukcja żelbetowa; metoda wzmacniania; materiał kompozytowy; CFRP; system bierny; system czynny; system bezkotwowy; system kotwiąco-sprężający; zginanie; ścinanie

EN

reinforced concrete structure; strengthening method; composite material; CFRP; passive system; active system; anchorless system; anchoring-prestressing system; flexural strength; shear

• Wydawca: Fundacja Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa
• Czasopismo: Inżynieria i Budownictwo
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 11-12
• Strony: 503--515
• Opis fizyczny: Bibliogr. 72 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kotynia Renata

• Politechnika Łódzka, Katedra Budownictwa Betonowego

• https://orcid.org/0000-0002-7247-1229

Bibliografia

• [1] Saadatmanesh H., Ehsani M.R.: RC beams strengthened with GFRP plates. I. Experimental study. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1991, Vol. 117 (11), pp. 3417-33.
• [2] Meier U.: Carbon fibre-reinforced polymers: Modem materials in bridge engineering. Structural Engineering International, 2, pp. 7-12, 1992.
• [3] Täljsten B.: Strengthening of existing concrete structures with epoxy bonded plates of steel or fibre reinforced plastics. Doctoral Thesis 152, Luleå, University of Technology, 1994.
• [4] Meier U.: Strengthening of structures using carbon fibre/epoxy composites. Construction and Building Materials, 1995,9(6), pp. 341-351
• [5] Triantafillou T.C., Plevris N.: Strengthening of RC beams with epoxy-bonded fiber-composite materials. Materials and Structures Journal, 1992, Vol. 25, pp. 201-211.
• [6] Arduini M., Nanni A.: Behavior of pre-cracked rc beams strengthened with carbon FRP sheets. Journal of Composites for Construction 1996, ASCE, Vol. 1 (2), pp. 63-70.
• [7] Labossiére P., Neal K.W., Rochette P., Demers M., Lamothe P., Lapierre P., Desgangne G.: Fiber reinforced polymer strengthening of Sainte-Emilie-del'Energie Bridge: design, instrumentation, and field testing. Canadian Journal of Civil Engineering, 2000, V. 27, No. 5, pp. 916-927.
• [8] Khalifa A., Nanni A.: Improving shear capacity of existing RC T-section beams using CFRP composites. Cement Concrete Composites, 2000, Vol. (22), pp. 165-174.
• [9] Deniaud C., Cheng J.J.R.: Shear behavior of reinforced concrete T-Beams with externally bonded fiber-reinforced polymer sheets. ACI Structural Journal, 2001, Vol. 98 (3), pp. 386-394.
• [10] Meier U., Deuring M., Meier H., Schwegler G.: Strengthening of structures with advanced composites. Alternate materials for the reinforcement and prestressing of concrete. J.L. Clarke, editor, Blackie Academic and Professional, Glasgow, 1993.
• [11] Deuring M.: Brandversuche an nachtraglich verstarkten tragern aus beton. Research Report EMPA No. 148'795, Dubendorf: Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research, 1994.
• [12] Hollaway L.C., Leeming M.B.: Strengthening of reinforced concrete structures using externally-bonded FRP composites in structural and civil engineering. CRC Press, England, 1999.
• [13] El-Hacha R., Wight R.G., Green M.F.: Prestressed fiber-reinforced polymer laminates for strengthening structures. Progress in Structural Engineering and Materials, 2001, Vol. 3, pp. 111-121.
• [14] Wight R.G., Green M.F., Erki M.A.: Strengthening concrete beams with prestressed FRP sheets. Journal of Composites for Construction, ASCE, 2001, Vol. 5, No. 4, pp. 214-220.
• [15] Buchanan A.H.: Structural design for fire safety, Chichester, UK, John Wiley, and Sons, Ltd., 2001.
• [16] Green M.F., Dent A., Bisby L.A: Effect of freeze-thaw cycling on the behaviour of reinforced concrete beams strengthened in flexure with FRP sheets. Can. Jour. Civil Eng., 2003, V. 30, No. 6, pp. 1081-1088.
• [17] Bisby L.A., Green M.F., Kodur V.K.R.: Modeling the behavior of fiber reinforced polymer-confined concrete columns exposed to fire. Journal of Composites for Construction, 2005, Vol. 9, No. 1, pp. 15-24.
• [18] Meier U.: Bridge repair with high performance composite materials. Material und Technik, 1997, Vol. 4, pp. 125-128.
• [19] Meier U., Deuring M., Meier H., Schwegler G.: Strengthening of structures with advanced composites. Alternate materials for the reinforcement and prestressing of concrete. J.L. Clarke, editor, Blackie Academic and Professional, Glasgow, 1993.
• [20] Matthys S., Taerwe L., Janssens J.: Repair and strengthening of reptile building of the Antwerp zoo. Proc. of First International Conference on Innovative Materials and Technologies for Construction and Restoration, 2004, V. 2, Lecca, Italy, pp. 653-663.
• [21] Rostasy F., Neubauer U., Nothnagel R.: Strengthening of historic cast iron girders with bonded CFRP plates. Proc. of the FRP Composites in Civil Engineering CICE, 2004, Adelaide, Australia, pp. 725-731.
• [22] Grace N.K., Sayed G.A.: Construction and evaluation of full-scale CFRP prestressed concrete DT-girder. Proc. of Fiber-Reinforced Polymer Reinforcement for Concrete Structures, Singapore, 2003, pp. 1281-1290.
• [23] Katsumata H., Kimura K., Murahashi H.: Experience of FRP strengthening for Japanese historical structures. Proc. Intern. Conf. FRP Composites in Civil Eng., Elsevier Science, New York, 2001, V. 2, pp. 1001-1008.
• [24] Andrä H.P., König G., Maier M.: First applications of CFRP tendons in Germany, IABSE Symposium Melbourne, Australia, 2002.
• [25] Schwegler G., Breset T.: Methods for Strengthening Reinforced Concrete Structures. Proc. of IABSE Symposium, Melbourne, Australia, 2002.
• [26] Łagoda M.: Wzmacnianie mostów przez doklejanie elementów. Monografia 322, seria Inżynieria Lądowa, Politechnika Krakowska, Kraków, 2005.
• [27] Gutowski T., Łagoda G., Łagoda M.: Wzmocnienia konstrukcji metodą wstępnie naprężonych taśm kompozytowych z włókien węglowych. Materiały Budowlane, 2003, nr 7, pp. 55-56.
• [28] Kamińska M.E., Kotynia R.: Doświadczalne badania żelbetowych belek wzmocnionych taśmami CFRP. Zeszyt nr 9, ISSN 1230-6010, Katedra Budownictwa Betonowego, Politechnika Łódzka, 2000.
• [29] Kotynia R.: Odkształcalność i nośność zginanych elementów żelbetowych wzmocnionych taśmami z włókien węglowych. Rozprawa doktorska, Politechnika Łódzka, 1999.
• [30] Kotynia R., Kamińska M.E.: Odkształcalność i sposób zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych na zginanie materiałami CFRP/Ductility and failure mode of RC beams strengthened for flexure with CFRP. Zeszyt nr 13, ISSN 1230-6010, Katedra Budownictwa Betonowego, Politechnika Łódzka, 2003.
• [31] Derkowski W.: Trwałość zmęczeniowa zginanych przekrojów żelbetowych wzmocnionych taśmami z włókien węglowych. Praca doktorska, Politechnika Krakowska, 2005.
• [32] Siwowski T.: Technologia wzmacniania mostów żelbetowych taśmami kompozytowymi. Konferencja Naukowo-Techniczna "Mosty w drodze do XXI wieku", 1997, Gdańsk-Jurata, pp. 743-752.
• [33] Siwowski T., Radomski W.: Pierwsze krajowe zastosowanie taśm kompozytowych do wzmocnienia mostu. Inżynieria i Budownictwo, 1998, nr 7, pp. 382-388.
• [36] Kałuża M.: Wybrane problemy wzmacniania konstrukcji żelbetowych sprężonymi taśmami z włókien węglowych. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, 2004, 102, Gliwice, s. 93-200.
• [37] Kałuża M., Ajdukiewicz A.: Comparison of behaviour of concrete beams with passive and active strengthening by means of CFRP strips. Architecture Civil Engineering Envir., 2008, Vol. 1 (2), pp. 51-64.
• [38] Brandt A.M.: O zastosowaniu uzbrojenia i sprężania konstrukcji prętami, cięgnami taśmami z materiałów kompozytowych. XLII Konf. Naukowa KILiW i Komitetu Nauki PZITB, Kraków - Krynica, 1996, s.169-174.
• [39] Radomski W.: Wzmacnianie betonowych konstrukcji mostowych za pomocą wyrobów z polimerów zbrojonych włóknami. Materiały Budowlane, 2005, nr 4.
• [40] De Lorenzis L.: Strengthening of RC structures with near-surface mounted FRP rods. PhD Thesis in Civil Engineering, Universita' Degli Studi di Lecce, 2002, Italy.
• [41] Nanni A., Di Ludovico M., Parretti R.: Shear strengthening of a PC bridge girder with NSM CFRP rectangular bars. Advanced Structural Engineering, 2004, Vol. 7, (4), pp. 97-109.
• [42] Barros J.A.O., Fortes A.S.: Flexural strengthening of concrete beams with CFRP laminates bonded into slits. Cement & Concrete Composites, 2005, 27, pp. 471-480.
• [43] Kotynia R.: Analysis of reinforced concrete beams strengthened with near surface mounted FRP reinforcement. Archives of Civil Engineering, 2006, LII 2, pp. 305-317.
• [44] Barros J.A.O., Kotynia R.: Possibilities and challenges of NSM for the flexural strengthening of RC structures. Proc. of Intern. Conf. on FRP Compos. in Civil Eng. CICE2008, Zurich, Switzerland, CD.
• [45] fib Fédération Internationale du Béton. Externally applied FRP reinforcement for concrete structures. CNR 2019, Bulletin No. 90.
• [46] Sika® CarboDur® CFRP (2004) Structural Strengthening with Prestressed Sika® CarboDur® CFRP Plate - materiały informacyjne.
• [47] Sika® CarboShear® L. Karta Informacyjna Produktu. Wrzesień 2019.
• [48] Triantafillou T.C., Papanicolaou C.G.: Shear strengthening of rc members with textile reinforced mortar (TRM) jackets. Materials and Structures, RILEM, 2006, 39 (1), pp. 85-93.
• [49] Blanksvärd T., Taijsten B., Carolin A.: Shear strengthening of concrete structures with the use of mineral-based composites. Journal of Composites for Construction, ASCE, 2009, 13(1), pp. 25-34.
• [50] Meier U.: Nachträgliche Verstärkung von Bauwerken mit CFK-Lamellen, SIA/EMPA Dokumentation D 0128, Editor: Swiss Society of Engineers and Architects (SIA), 1995, Zürich, Switzerland.
• [51] Siwowski T., Michałowski J., Błażewicz S.: Nowy system sprężania taśm kompozytowych CFRP do wzmacniania mostów. Mosty, 2009, Vol. 4: 28-33.
• [52] Piątek B., Siwowski T.: Nowy system wzmacniania konstrukcji betonowych naprężonymi taśmami CFRP, Konferencja Naukowo-Techniczna "Konstrukcje sprężone KS2018", 2018.
• [53] S&P Clever Reinforcement. S&P C-Sheet - karta techniczna produktu, S&P Polska, 2012.
• [54] Stöcklin I., Meier U.: Strengthening of concrete structures with prestressed and gradually anchored CFRP strips. Proc. 6th Int. Symp. FRP Reinforc. for Concr. Struct., FRPRCS-6, 2003, Singapore, pp. 1321-1330.
• [55] Kotynia R., Walendziak R., Stöcklin I., Meier U.: Slabs strengthened with prestressed and gradually anchored CFRP strips under monotonic and cyclic loading. J. Comp. Constr., 2011, Vol. 15 (2), pp. 168-180.
• [56] Czaderski C.: Strengthening of reinforced concrete members by prestressed, externally bonded reinforcement with gradient anchorage, PhD thesis ETH no 20504, Zürich, 2012.
• [57] Yang J.: Strengthening reinforced concrete structures with FRP composites. PhD thesis, 2021, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden.
• [58] Kotynia R., Przygocka M.: Preloading Effect on Strengthening Efficiency of RC Beams Strengthened with Non- and Pretensioned NSM Strips. Polymers, 2018, Vol. 10(2), 145.
• [59] Patent Nr: PL407898-A1 PL226834-B1: System kotwiąco-naprężający do naciągu taśm kompozytowych wklejanych w przypowierzchniową otulinę elementów budowlanych. Kotynia R; Lasek K. 2014.
• [60] Khalifa A.: Shear performance of beams strengthened with advanced composites. Ph.D. thesis. Alexandria University, Egypt, 1999, Structural Engineering Department.
• [61] Sato Y., Ueda T., Kakuta Y., Tanaka T.: Shear reinforcing effect of carbon fiber sheet attached to side of reinforced concrete beams. Advan. Comp. Mat. in Bridges and Struct., 1996, ed. El-Badry M.M., pp. 621-627.
• [62] Khalifa A., Nanni A.: Improving shear capacity of existing RC T-section beams using CFRP composites. Cement Concrete Composites, 2000, Vol. (22), pp. 165-174.
• [63] Ceroni F., Pecce M., Matthys S., Taerwe L.: Debonding strength and anchorage devices for reinforced concrete elements strengthened with FRP sheets. Composites: Part B, 2008, 39, pp. 429-441.
• [64] ACI 440.2R-08 (2008) ACI Committee 440. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. American Concrete Institute, Detroit, MI, USA, 24.
• [65] CNR DT 200. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures. National Research Council, Advis. Comm. on Techn. Recomm. For Constr., 2004.
• [66] El-Hacha R., Rizkalla S.H.: Near-surface-mounted fiber reinforced polymer reinforcements for flexural strengthening of concrete structures. ACI Structural Journal, 2004, 101 (5), pp. 717-726.
• [67] De Lorenzis L., Nanni A.: Shear strengthening of reinforced concrete beams with near-surface mounted fiber-reinforced polymer rods. ACI Structural Journal, 2001, 98 (1), pp. 60-68.
• [68] Rizzo A., De Lorenzis L.: Behaviour and capacity of RC beams strengthened in shear with NSM FRP reinforcement. Construction and Building Materials, 2009, Vol. 23, pp. 1555-1567.
• [70] Dias S.J.E., Barros J.A.O.: Performance of reinforced concrete T beams strengthened in shear with NSM CFRP. Engineering Structures, 2010, 32, pp. 373-384.
• [71] Dias S.J.E., Bianco V., Barros J.A.O., Monti G.: Low strength T-cross section RC beams shear-strengthened by NSM technique. Proc. of Mat. ed App. Innov. per il Prog. in Zona Sismica Vuln. Delle Strutture, 2007, CD.
• [72] Kotynia R.: Shear strengthening of RC beams with NSM CFRP laminates. Proc. 8th Inter. Symposium on Fiber Reinforced Polymer Reinforcement for Concrete Structures (FRPRCS-8), Patras, Greece, 2007, CD.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).