Behaviour of CFRP strengthened RC members subjected to torsional forces

• Autorzy: Górski M.

Warianty tytułu

PL

Opis zachowania żelbetowych elementów wzmocnionych nakładkami CFRP i poddanych skręceniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Presented in this paper researches proved high efficiency of CFRP based repairing system. Special attention was given to the behavior of initially cracked beams subjected to torsion, for lack of works on this field. Program of laboratory tests was completed with numerical analyses with the use of 3D FEM model calibrated on own material tests. Computing confirmed previous observations and results varied insignificantly from those obtained from laboratory proves. Numerical analyses provided much wider range of information, allowing further works on analytical description of CFRP strengthened elements.

PL

Konieczność ratowania istniejących budowli została uświadomiona w latach 1960-tych; od tego czasu powstało wiele systemów napraw wzmacniających. Wyróżniającą się propozycją (ze względu na łatwość montażu oraz wysoką trwałość i wydajność) jest system oparty na włóknach węglowych. Jest to stosunkowo najnowszy system i wciąż istnieje potrzeba pełnego opisu zachowania się elementów wzmocnionych w złożonym stanie naprężeń. Znakomita większość prezentowanych w literaturze badań dotyczy głównie elementów wzmacnianych pierwotnie (bez historii obciążenia i wstępnego zarysowania), podczas gdy praktyka wymaga opisu zachowania się wzmocnionych elementów już zarysowanych. To te białe plamy w opisie wzmocnień CFRP określiły główne obszary zainteresowania opisanych w tej pracy badań. Podjęte badania podzielone były na dwie zasadnicze grupy: badania wstępne, określające cechy wykorzystanych materiałów oraz badania zasadnicze wykonywane na żelbetowych elementach w skali naturalnej. W celu zdobycia pełnej informacji o zachowaniu się elementów we wszystkich fazach pracy belki wyposażono w zestaw tensometrów umieszczonych na powierzchni betonu, wzmocnienia CFRP oraz na stali zbrojenia. Dodatkowo, dzięki układowi czujników indukcyjnych, kontrolowano zmiany kąta obrotu badanych elementów. W zasadniczej serii badań zbadano elementy bez wzmocnienia, elementy pierwotnie wzmocnione oraz elementy wstępnie zarysowane, zainiektowane i naprawione żywicami epoksydowymi a następnie wzmocnione. Zbadano również wpływ iniekcji żywicznej na efektywność wzmocnienia. Wzmocnienie CFRP wbudowywane było na całej długości strefy skręcanej, dookoła obwodu belki. Przeprowadzono również badanie częściowego wzmocnienia o przekroju U. Badania laboratoryjne oraz numeryczne dowiodły wysokiej skuteczności systemów wzmacniających CFRP. W przypadku skręcania pozwala on bowiem na podniesienie nośności uprzednio zarysowanego elementu o 200%. Jednym z głównych zadań programu badawczego było porównanie efektywności wzmocnień CFRP dla elementów wzmacnianych pierwotnie oraz wzmacnianych elementów wstępnie zarysowanych. Zaobserwowano, że nośność elementu wzmacnianego pierwotnie jest o 25% wyższa od nośności naprawianego i wzmocnionego elementu z historią obciążenia. O wysokiej efektywności wzmocnień CFRP w aspekcie SGU świadczy obserwacja zmian kąta obrotu. Finalny kąt obrotu belki ze wzmocnieniem pierwotnym niewiele różnił się od tego uzyskanego dla wzmocnionej belki ze wstępnym zarysowaniem. Obydwie te wartości różniły się jednak o niemal 300% od finalnej wartości kąta obrotu zarejestrowanej dla elementu bez wzmocnienia. Badania numeryczne potwierdziły obserwacje poczynione w badaniach laboratoryjnych. Osiągnięto znakomite podobieństwo wykresów przyrostów kąta obrotów w fazie sprężystej, konieczne są jednak dalsze prace nad numerycznym modelem weryfikującym się w fazie po zarysowaniu. W dalszych pracach specjalną uwagę należy zwrócić na trudne modelowanie elementów wstępnie zarysowanych. Materiał uzyskany w opisanych wyżej badaniach może być wykorzystany jako baza do stworzenia prostych procedur obliczeniowych i stanowić zaczyn do opracowań o charakterze normatywnym.

Słowa kluczowe

EN

carbon fibre reinforced polymer; CFRP; concrete structures; construction; strengthening of concrete structures; torsion

PL

element żelbetowy; CFRP; polimer zbrojony włóknami węglowymi; wzmocnienie; skręcanie; konstrukcja betonowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 52, nr 2
• Strony: 263--275
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., il.

Twórcy

autor

Górski M.

• Department of Structural Engineering, Silesian University of Technology, Gliwice,

Bibliografia

• 1. U. MEIER, Brückensanierungen mit Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen. Material und Technik, 4, 125-128.
• 2. T. TRIAFANTAFLLOU et al., Externally bonded FRP reinforcement for RC structures, fib Bulletin 14, fib, July 2001.
• 3. B. [3] TÄLJSTEN, Förstärkning av betongkonstruktioner med stålplåt och avancerade kompositmaterial utsatta för vrinding. Forskningsrapport, LuleåTekniska Universitet, Avdelningen för konstruktionsteknik, Institutionen för Väg- och vattenbyggnadm, 1998.
• 4. G. ERP, CIVIL engineering composites in Australia, The official Newsletter of the International Institute of FRP in Construction 2004, l, 1. IIFC FRP International 2004.
• 5. A. HII, R. AL-MAHAIDI, Torsional strengthening of reinforced concrete beams using CFRP composites - An experimental and numerical investigation, CICE 2004 proceedings, Adelaide 2004.
• 6. S. PANCHACHARAM, A. BELARBI, Torsional behavior of reinforced concrete beams strengthened with FRP composites, First FIB Congress, Osaka, Japan, October 13-19, 2002.
• 7. S. MAJEWSKI, Mechanika betonu konstrukcyjnego w ujęciu sprężysto-plastycznym, Seria Monografie Nr 45, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003, 186 pp.