Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Full-scale fire resistance testing of concrete beams reinforced with various FRP reinforcement

Protchenko K., Urbański M.

Archives of Civil Engineering

|

2020

|

Vol. 66, nr 4

119--136

EN

The widespread use of Fibre-Reinforced Polymers (FRP) reinforced concrete (RC) structural members is hindered by their low fire resistant characteristics, limiting their use to cases, where fire resistance is not a priority. Presented and discussed are experimental results pertaining to the flexural members subjected to heating and simultaneous loading. Solely non-metallic FRP bars: (i) Basalt FRP (BFRP), (ii) Hybrid FRP (HFRP) with carbon and basalt fibres and (ii) nano-Hybrid FRP (nHFRP) with modified epoxy resin, were used as internal reinforcement for beams. The destruction of the beams was caused in different ways, beams reinforced with BFRP bars were destroyed by reinforcement failure while those reinforced with hybrid FRP bars were destroyed by concrete crushing. The BFRP reinforced beams obtained a maximum temperature, measured directly on the bars, of 917°C, compared to beams reinforced with hybrid FRP bars, where the temperature on the bars reached 400-550°C at failure. Moreover, the highest registered ductility was obtained for BFRP reinforced beams as well, where the maximum deflections reached approximately 16 cm.

PL

Degradacja nośności zbrojenia konstrukcji w postaci prętów FRP (ang. Fibre-Reinforced Polymers) może być spowodowane kilkoma czynnikami, do których należą: rodzaje włókien, osnowy (matrycy), ich objętościowy udział, sposób wytwarzania, jakość składników prętów. Jednakże głównym czynnikiem jest przede wszystkim wpływ temperatury w zbrojeniu FRP, występujący w trakcie oddziaływania warunków pożarowych. Zjawisko redukcji nośności konstrukcji i przyczepności zbrojenia do betonu pojawia się, gdy temperatura prętów FRP zbliża się do temperatury zeszklenia Tg osnowy (matrycy), której wartość zależy od rodzaju żywicy. Jednym z rozwiązań w tym zakresie jest zastosowanie większej otuliny lub zastosowanie dodatkowego systemu ochrony przeciwpożarowej. Jednak obecnie dostępne dane na temat zachowania elementów betonowych zbrojonych FRP w warunkach pożarowych, są ograniczone, szczególnie w odniesieniu do nośności belek po poddaniu ich oddziaływaniu wysokich temperatur. Dlatego odporność ogniowa elementów betonowych zbrojonych FRP jest jednym z podstawowych czynników, które utrudniają powszechne stosowanie tych materiałów jako alternatywy dla zbrojenia stalowego. W artykule opisano zachowanie się belek betonowych, zbrojonych prętami FRP wyprodukowanych na bazie włókien bazaltowych i węglowych, poddawanych testom odporności ogniowej. Badania belek narażonych na wysokie temperatury, przeprowadzono według scenariusz pożaru umownego zgodnie z krzywą standardową ISO-834 [13], [29]. Ponieważ głównym celem było zbadanie wpływu rodzaju zbrojenia FRP na odporność ogniową belek, zastosowano różne rodzaje prętów w strefie rozciągania (dolna część belek): (i) zbrojenie na bazie włókien bazaltowych BFRP (ang. Basalt FRP), (ii) hybrydowe zbrojenie HFRP (ang. Hybrid FRP) z włóknami węglowymi i bazaltowymi oraz (ii) nanohybrydowymi prętami nHFRP (ang. nano-Hybrid FRP) ze zmodyfikowaną żywicą epoksydową. Ponadto, badane elementy charakteryzowały się zmiennym stopniem zbrojenia, w celu określenia wpływu średnicy i liczby prętów na nośność belek podczas i po oddziaływaniu wysokich temperatur.

2

Mechanical properties of hybrid FRP bars and nano-hybrid FRP bars

Szmigiera E. D., Protchenko K., Urbański M., Garbacz A.

Archives of Civil Engineering

|

2019

|

Vol. 65, nr 1

97--110

EN

The paper describes the recent developments of Hybrid Fibre-Reinforced Polymer (HFRP) and nano-Hybrid Fibre-Reinforced Polymer (nHFRP) bars manufactured using the pultrusion process. Hybridization of less expensive basalt fibres with carbon fibres leads to more sustainable alternative to Basalt-FRP (BFRP) bars and more economically-efficient alternative to Carbon-FRP (CFRP) bars. At the same time the properties of the proposed bars can be modified by changing the bars configuration. The New-Developed HFRP bars were subjected to tensile axial loading to investigate its structural behaviour. The effect of hybridization on tensile properties of HFRP bars was verified experimentally by comparing the results of tensile test of HFRP bars with non-hybrid BFRP bars. It is possible to improve and predict the final mechanical characteristics of HFRP bars through mechanical hybridization of constituents and their volume fractions before it will be produced. The analytical/numerical considerations and experimental testing showed the same tendency in obtained results. In pre-manufacturing phase it was set that for the final mechanical properties, the influence of bar configuration is less important than the influence of different volume fractions of fibres. In addition, it was assumed that the preferable location of carbon fibres will be in the core region due to technological problems. It is worth to mention that the difference in obtained strength characteristics between analytical and numerical considerations was very small, however the obtained results were much higher than results obtained experimentally. Authors suggested that lower results obtained experimentally can be explained by imperfect interphase development and therefore attempted to improve the chemical cohesion between constituents by adding nanosilica particles to matrix consistency.

PL

W artykule zostały przedstawione najnowsze postępy w zakresie zachowania mechanicznego hybrydowych prętów FRP (HFRP) oraz nano-hybrydowych (nHFRP) produkowanych w procesie pultruzji. Hybrydyzacja włókien bazaltowych z włóknami węglowymi prowadzi do bardziej zrównoważonej alternatywy dla prętów na bazie włókien bazaltowych (BFRP) i bardziej ekonomicznej alternatywy dla prętów FRP na bazie włókien węglowych (CFRP). Jednocześnie właściwości proponowanych prętów można modyfikować zmieniając ich konfigurację. Nowo opracowane pręty HFRP poddano obciążeniu osiowemu przy rozciąganiu, aby zbadać jego zachowanie strukturalne. Wpływ hybrydyzacji na właściwości mechaniczne prętów HFRP zweryfikowano doświadczalnie, porównując wyniki próby rozciągania prętów HFRP z niehybrydowymi prętami BFRP. Możliwa jest poprawa i przewidywanie końcowych właściwości mechanicznych prętów HFRP poprzez mechaniczną hybrydyzację składników i ich udziałów objętościowych przed ich wyprodukowaniem. Analityczne i numeryczne rozważania oraz badania eksperymentalne wykazały tę samą tendencję w uzyskanych wynikach. W fazie przedprodukcyjnej ustalono, że dla końcowych właściwości mechanicznych wpływ konfiguracji pręta jest mniej ważny niż wpływ różnych udziałów objętościowych włókien. Ponadto założono, że preferowane położenie włókien węglowych będzie zaproponowane bliżej rdzenia prętów ze względu na problemy technologiczne. Warto wspomnieć, że różnica w uzyskanych charakterystykach wytrzymałościowych między rozważaniami analitycznymi i numerycznymi była bardzo mała, jednak uzyskane wyniki były znacznie wyższe niż wyniki uzyskane eksperymentalnie. Autorzy sugerują, że niższe wyniki uzyskane eksperymentalnie można wyjaśnić niedoskonałym rozwojem interfazy i dlatego próbowano poprawić spójność chemiczną między składnikami przez dodanie cząstek nanokrzemionki do konsystencji matrycy.

3

O badaniach hybrydowego zbrojenia FRP do konstrukcji infrastrukturalnych z betonu

Garbacz A., Szmigiera E., Urbański M., Protchenko K., Kubas M.

Inżynieria i Budownictwo

|

2017

|

R. 73, nr 8

428--432

PL

Przedstawiono wyniki badań związanych z oceną hybrydowych prętów kompozytowych jako niemetalicznego zbrojenia wybranych elementów betonowych stosowanych w obiektach infrastrukturalnych. Stwierdzono, że zwiększenie sztywności prętów kompozytowych z włókien bazaltowych BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymer) można uzyskać przez zastąpienie części włókien bazaltowych włóknami węglowymi. Omówiono efekty podjętej produkcji tego rodzaju prętów.

EN

The results of research related to the evaluation of hybrid composite bars as non-metallic reinforcement of selected concrete members used in infrastructural facilities are presented. It has been found that increasing the stiffness of basalt fiber composite bars (BFRP) can be achieved by replacing some basalt fibers with carbon fibers. The results of the production of such bars are discussed.

4

Wpływ substytucji włókien bazaltowych przez włókna węglowe na właściwości mechaniczne prętów B/CFRP (HFRP)

Protchenko K., Dobosz J., Urbański M., Garbacz A.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2016

|

z. 63, nr 1/I

149--156

PL

W niniejszym artykule przedstawiono analityczne i numeryczne obliczenia mechanicznych właściwości obecnie opracowywanych prętów hybrydowych HFRP (Hybrid Fibre Reinforced Polymer) powstałych poprzez zastąpienie (substytucję) części włókien bazaltowych BFRP (Basalt Fibre Reinforced Polymer) włóknami węglowymi CFRP (Carbon Fibre Reinforced Polymer). W tym aspekcie termin ,,substytucja” rozumiany będzie jako modyfikacja prętów BFRP polegająca na zastąpieniu pewnej części włókien bazaltowych przez włókna węglowe. Celem analizy jest określenie optymalnego modelu prętów hybrydowych HFRP, które stanowiłyby realną alternatywę dla prętów stalowych stosowanych do zbrojenia konstrukcji betonowych. Zamiana włókien bazaltowych, włóknami węglowymi prowadzi do uzyskania lepszych właściwości mechanicznych prętów. Względy ekonomiczne skłaniają do ograniczenia procentowego udziału włókien węglowych w prętach HFRP do rozsądnej wielkości, oraz zastosowaniu włókien węglowych o stosunkowo niedużej wytrzymałości (Low Strength Carbon Fibres) jak na włókna CFRP. W pracy przedstawiony został opis struktury pręta hybrydowego, oszacowanie właściwości mechanicznych wzdłuż i w poprzek włókien, a także wpływ układu włókien w przekroju poprzecznym pręta na jego zachowanie mechaniczne. Analizę przeprowadzono dla różnych proporcji udziału włókien węglowych do włókien bazaltowych (1:9; 1:4; 1:3; 1:2; 1:1) w prętach HFRP. Rozpatrzono dwa przypadki rozmieszczenia włókien w przekroju poprzecznym pręta (Bar Architecture). Pierwszy z włóknami węglowymi zlokalizowanymi w rdzeniu, natomiast drugi z włóknami węglowymi usytuowanymi w powierzchniowej warstwie pręta.

EN

This paper introduces both an analytical and numerical study that investigates the mechanical performance of recently developing HFRP bars, which were created by substitution of the part of basalt fibres BFRP by the part of carbon fibres CFRP. In this aspect the term “substitution” might be understood as modification of BFRP bars, where part of basalt fibres will be replaced by carbon fibres. Substitution is aimed at achieving of better properties in obtained material. The objective of this study is to identify optimal model of HFRP bars, which provides an alternative to steel bars for enhancing concrete structures. Replacing of basalt fibres by carbon fibres provides better properties in mechanical performance of the bars. From economical point of view, for HFRP bars in combination with basalt fibres it is proposed to use carbon fibres with low strength (LS carbon fibres) and relatively small amount of volume fraction of carbon fibres to whole amount of fibres. This work represents description of the hybrid bar structure, estimation of properties of the bar in fibre and transverse directions and influence of fibre arrangement on mechanical properties of the bar. Analysis was performed for bars with different ratio between fibres of carbon and fibres of basalt (1:9; 1:4; 1:3; 1:2; 1:1). Investigations were done for two different bar architecture arrangements, where carbon fibres are estimated in the first case in the region near the edge and in another case in core region.