Reinforcement of softwood beams using unglued composite laminates

• Autorzy: Borri A. , Corradi M. , Castori G.

Identyfikatory

DOI

10.17425/WK47REINFORCEMENT

Warianty tytułu

EN

Wzmocnienie belek z miękkiego drewna materiałami kompozytowymi bez użycia kleju

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article describes aspects within an experimental programme aimed at improving the structural performance of solid fir-wood beams reinforced with unglued composite laminates applied on the beam tension zone. Softwood is from gymnosperm plants and it is the basis of approx. 85% of the world’s production of wood elements. Fir wood is characterised by low weight density, low compression strength and high level of defects, is likely to distort when dried and tends to fail in tension due to the presence of cracks, knots or grain deviation. The addition of modest ratios of FRP composite reinforcement can suppress tension failure in beams. However the application of epoxy adhesives presents problems of reversibility, compatibility with timber, durability and poor performance at temperatures higher than 60–80°C. The study of failure modes, particularly in tension-reinforced beams, is the main focus of this paper. The experimental campaign is dealing with the evaluation of bending strength and deformation properties of a significant number of unreinforced and reinforced beams strengthened with unbonded carbon (CFRP) plates or basalt (BFRP) spikes. Increases of beam capacity, bending strength and of modulus of elasticity and analysis of failure modes were measured and discussed.

PL

Artykuł opisuje aspekty programu badań eksperymentalnych, mającego na celu poprawę pracy konstrukcyjnej belek z litego drewna jodłowego, wzmocnionych materiałami kompozytowymi bez użycia kleju, zastosowanymi w strefie belki poddawanej rozciąganiu. Miękkie drewno pochodzi z roślin nagonasiennych i stanowi podstawę dla około 85% światowej produkcji elementów drewnianych. Drewno jodły charakteryzuje niska gęstość wagowa, niska wytrzymałość na ściskanie i wysoki poziom defektów i wad. Drewno takie ma tendencję do wypaczania się po wyschnięciu oraz ulega zniszczeniu przy rozciąganiu z uwagi na obecność pęknięć, sęków lub nieregularności włókna. Zastosowanie niewielkich ilości wzmocnienia kompozytowego FRP może zapobiec zniszczeniu belek na skutek rozciągania. Jednak zastosowanie klejów epoksydowych jest problematyczne ze względu na brak możliwości odwracalności interwencji, kompatybilność z drewnem, trwałość oraz niekorzystne zachowanie w temperaturach powyżej 60–80°C. Badania nad mechanizmami zniszczenia, zwłaszcza belek wzmocnionych na rozciąganie, są tematem niniejszego artykułu. Program badawczy ma na celu ocenę wytrzymałości na zginanie oraz właściwości deformacyjnych znacznej liczby niewzmocnionych i wzmocnionych belek, do których wzmocnienia wykorzystano taśmy węglowe (CFRP) lub sztyfty bazaltowe (BFRP) bez użycia kleju. Dokonano pomiarów wzrostu nośności belek, ich wytrzymałości na zginanie i modułu elastyczności, przeprowadzono analizę mechanizmów zniszczenia. Artykuł prezentuje otrzymane wyniki.

Słowa kluczowe

EN

carbon plates; basalt bar; softwood; timber beam; bending tests

PL

taśma węglowa; pręt bazaltowy; miękkie drewno; belka drewniana; próba zginania

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Konserwatorów Zabytków
• Czasopismo: Wiadomości Konserwatorskie
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 47
• Strony: 30--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Borri A.

• Department of Engineering, University of Perugia, Italy

autor

Corradi M.

• Department of Mechanical & Construction Engineering, Northumbria University Department of Engineering, University of Perugia, Italy

autor

Castori G.

• Department of Engineering, University of Perugia, Italy

Bibliografia

• [1] US Department of Transportation, FHWA. Seventh annual report to the congress on highway bridge replacement and rehabilitation program, 1986.
• [2] Davanos J.F., Zipfel M.G., Quiao P. Feasibility study of prototype GFRP-reinforced wood railroad crosstie. Journal of Composites for Construction 1999;3(2):92-99.
• [3] Radford D.W., Van Goethem D., Gutkowski R.M., Peterson, M. L. Composite repair of timber structures. Construction and Building Materials 2002; 16(7):417-425.
• [4] Corradi M., Borri A. Fir and chestnut timber beams reinforced with GFRP pultruded elements. Composites Part B: Engineering 2007;38(2):172-181.
• [5] Gentile C., Svecova D., Rizkalla S.R. Timber Beams Strengthened with GFRP Bars: Development and Applications. Journal of Composites for Construction 2002;6(1):11-20.
• [6] Borri A., Corradi M., Grazini A. A method for flexural reinforcement of old wood beam with CFRP materials. Composites Part B: Engineering 2005;36(2):143-153.
• [7] Micelli F., Scialpi V., La Tegola A. Flexural reinforcement of glulam timber beams and joints with carbon fi ber-reinforced polymer rods. Journal of Composites for Construction 2005;9(4):337-347.
• [8] Raftery G.M., Whelan C. Low-grade glued laminated timber beams reinforced using improved arrangements of bonded-in GFRP rods. Construction and Building Materials 2014;52:209-220.
• [9] Plevris N., Triantafi llou T.C. FRP-Reinforced Wood as structural material. Journal of Materials in Civil Engineering 1992;4(3):300-317.
• [10] Lopez-Anido R., Hu H. Structural characterization of hybrid FRP-Glulam panels for bridge decks. Journal of Composites for Construction 2002;6(3):194-203.
• [11] Borri A., Corradi M., Speranzini E. Reinforcement of wood with natural fi bres. Composites Part B: Engineering 2013;53:1-8.
• [12] Nowak T.P., Jasieńko J., Czepiżak D. Experimental tests and numerical analysis of historic bent timber elements reinforced with CFRP strips. Construction and Building Materials 2013;40:197-206.
• [13] Jasieńko J., Nowak T.P., Bednarz Ł. Baroque structural ceiling over the Leopoldinum Auditorium in Wrocław University: tests, conservation, and a strengthening concept. International Journal of Architectural Heritage 2014;8(2):269-289.
• [14] Jankowski L.J., Jasieńko J., Nowak T.P. Experimental assessment of CFRP reinforced wooden beams by 4-point bending tests and photoelastic coating technique. Materials and Structures 2010; 43(1-2):141-150.
• [15] Chajes M.J., Kaliakin V.N., Meyer A.J. Behaviour of engineered wood-CFRP beams. In: H. Saadatmanesh & M.R. Ehsani (eds) Proc. of the 5th Int. Conf. on Camp. in Infrastr., Univ. of Arizona, Tuscon, Arizona, 1996, 870-877.
• [16] Hay S., Thiessen K., Svecova D., Bakht B. Effectiveness of GFRP sheets for shear strengthening of timber. Journal of Composites for Construction 2006;10(6):483-491.
• [17] Tascioglu C., Goodell B., Lopez-Anido R., Peterson M., Halteman W., Jellison J. Monitoring fungal degradation of E-glass/phenolic fi ber reinforced polymer (FRP) composites used in wood reinforcement. International Biodeterioration & Biodegradation 2003;51(3):157-165.
• [18] Borri A., Castori G., Corradi M., Speranzini E. Durability analysis for FRP and SRG composites in civil applications. Key Engineering Materials 2015;624:421-428.
• [19] Borri A., Corradi M., Speranzini E. Reinforcement of wood with natural fi bers. Composites Part B: Engineering 2013;53:1-8.
• [20] Papanicolaou C.G., Triantafi llou T.C., Papathanasiou M., Karlos K. Textile reinforced mortar (TRM) versus FRP as strengthening material of URM walls: out-of-plane cyclic loading. Materials and Structures 2007;40(10):1081-1097.
• [21] EN 13183–1:2002. Moisture content of a piece of sawn timber. Determination by oven dry method.
• [22] ASTM D3039:2009. Standard test method for tensile properties of fi ber-resin composites.
• [23] EN 408:2010. Timber structures. Structural timber and glued laminated timber: determination of some physical and mechanical properties.