Mechanical properties of laminated veneer lumber beams strengthened with CFRP sheets

• Autorzy: Bakalarz M. , Kossakowski P. G.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2019-0018

Warianty tytułu

PL

Właściwości mechaniczne belek z forniru klejonego warstwowo wzmocnionych matami CFRP

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of the static work analysis of laminated veneer lumber (LVL) beams strengthened with carbon fabric sheets (CFRP). Tested specimens were 45mm wide, 100 mm high, and 1700 mm long. Two types of strengthening arrangements were assumed as follows: 1. One layer of sheet bonded to the bottom face; 2. U-shape half-wrapped reinforcement; both sides wrapped to half of the height of the cross-section. The reinforcement ratios were 0.22% and 0.72%, respectively. In both cases, the FRP reinforcement was bonded along the entire span of the element by means of epoxy resin. The reinforcement of the elements resulted in an increase in the bending strength by 30% and 35%, respectively, as well as an increase in the global modulus of elasticity in bending greater than 20% for both configurations (in comparison to the reference elements).

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy pracy statycznej belek z forniru klejonego wzmocnionych matami węglowymi (CFRP) przyklejonymi do zewnętrznej powierzchni elementu. Belki o wymiarach 45x100x1700mm poddane zostały tzw. czteropunktowemu zginaniu. Przyjęto dwie konfiguracje zbrojenia: jedna warstw maty CFRP przyklejona do powierzchni dolnej elementu na całej jego długości oraz zbrojenie typu U – kompozyt obejmuję powierzchnie boczne do połowy wysokości przekroju poprzecznego i dolną strefy rozciąganej. Stopień zbrojenia przekroju poprzecznego wynosił odpowiednio 0,22% i 0,72%. W obu konfiguracjach do aplikacji wzmocnienia użyto kleju na bazie żywicy epoksydowej. Wzmocnienie elementów spowodowało wzrost nośności na zginanie przeciętnie o 30 i 35% oraz globalnego modułu sprężystości przy zginaniu o ponad 20% w stosunku do belek referencyjnych (niewzmocnionych). Wyniki analizy wykazały także duże zróżnicowanie w postaciach zniszczenia elementów wzmocnionych jedną warstwą maty. Sposób zniszczenia elementów dla drugiej konfiguracji wzmocnienia został ujednolicony do jednego typu – zniszczenia spowodowane wyczerpaniem nośności w strefie ściskanej i przerwaniem maty kompozytowej.

Słowa kluczowe

EN

laminated veneer lumber; LVL; timber structure; carbon fibre; strengthening

PL

drewno laminowane fornirowane; LVL; konstrukcja drewniana; włókno węglowe; wzmacnianie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 65, nr 2
• Strony: 57--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Bakalarz M.

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Kielce, Poland

autor

Kossakowski P. G.

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Kielce, Poland

Bibliografia

• 1. K. Andor, A. Lengyel, R. Polgár, T. Fodor, Z. Karácsonyi, “Experimental and statistical analysis of spruce timber beams reinforced with CFRP fabric” Construction and Building Materials 99: 200-207, 2015. 10.1016/j.conbuildmat.2015.09.026.
• 2. M. Bakalarz, P. Kossakowski, “The flexural capacity of laminated veneer lumber beams strengthened with AFRP and GFRP sheets” Technical Transactions 2. Civil Engineering: 85-96, 2019.
• 3. H. Biscaia, C. Chastre, D. Cruz, N. Franco, “Flexural Strengthening of Old Timber Floors with Laminated Carbon Fiber-Reinforced Polymers”, Journal of Composites for Construction 20: 04016073, 2017. 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000731.
• 4. A. Borri, M. Corradi, “A method for flexural reinforcement of old wood beams with CFRP materials”, Composites Part B 36: 143-153, 2005.
• 5. A. Borri, M. Corradi, G. Castori, “Reinforcement of softwoods beams using unglued composite laminates”, Wiadomości konserwatorskie 47: 30-39, 2016.
• 6. A.M.P. De Jesus, J.M.T. Pinto, J.J.L. Morais, “Analysis of solid wood beams strengthened with CFRP laminates of distinct lengths”, Construction and Building Materials 35: 817-828, 2012.
• 7. P. De La Rosa García, A. Cobo Escamilla, M. González García, “Bending reinforcement of timber beams with composite carbon fiber and basalt fiber materials”, Composites Part B: Engineering 55: 528-536, 2013. 10.1016/j.compositesb.2013.07.016.
• 8. L. De Lorenzis, V. Scialpi, A. La Tegola, “Analytical and experimental study on bonded-in CFRP bars in glulam timber”, Composites Part B 36: 279-289, 2005.
• 9. I. Glišović, B. Stevanović, M. Todorović, T. Stevanović, “Glulam beams externally reinforced with CFRP plates”, Wood Research 61(1): 141-154, 2016.
• 10. https://www.steico.com/index.php?id=73&L=3, (access: 10.12.2018)
• 11. J. Jasieńko, T. Nowak, ”Wzmacnianie zginanych belek drewnianych obiektów zabytkowych przy użyciu taśm węglowych”, V Konferencja Naukowa: Drewno i materiały drewnopochodne w konstrukcjach budowlanych, Szczecin 2002.
• 12. J. Jasieńko, T. Nowak, T. Rapp, ”Analiza pracy statycznej belek drewnianych wzmocnionych taśmami CFRP”, Wiadomości konserwatorskie 26: 314-324, 2009.
• 13. R. Kliger, M. Al-Emrani, M. Johansson, R. Crocetti, “Strengthening glulam beams with steel or CFRP plates”, Asia-PacificConf. on FRP in Structures (APFIS2007), International Institute for FRP in Construction, ON, Canada, 291-296, 2007.
• 14. P. Kossakowski, “Load-bearing capacity of wooden beams reinforced with composite sheets” (Nośność belek drewnianych wzmocnionych matami kompozytowymi). Structure & Environment 3 (4): 14-22, 2011.
• 15. P.G. Kossakowski, “Influence of anisotropy on the energy release rate GI for highly orthotropic materials”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 45: 739-752, 2007.
• 16. PN-EN 408+A1:2012 Timber structures. Structural timber and glued laminated timber. Determination of some physical and mechanical properties.
• 17. PN-EN 14374:2005 Timber structures. Structural laminated veneer lumber (LVL). Requirements.
• 18. J. Sena-Cruz, M. Jorge, J.M. Branco, V.M.C.F. Cunha, “Bond between glulam and NSM CFRP laminates”, Construction and Building Materials 40: 260-269, 2013.
• 19. Technical data sheet S&P C-Sheet 240, http://www.sp-reinforcement.pl/pl-PL/produkty/maty/sp-c-sheet-240 (access: 10.12.2018)
• 20. Technical data sheet S&P Resin 55 HP, http://www.sp-reinforcement.pl/pl-PL/produkty/zywicaepoksydowa/sp-resin-55-hp (access: 10.12.2018)
• 21. H. Yang, D. Ju, W. Liu, W. Lu, “Prestressed glulam beams reinforced with CFRP bars”, Construction and Building Materials 109: 73-83, 2016.
• 22. A. Yusof, A.B. Rahman, “Flexural Strengthening of Timber Beams Using Carbon Fibre Reinforced Polymer”, International Journal of Applied Engineering Research 12(3): 348-358, 2017.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).