Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Comparative analysis of the BFRP and steel reinforcement bars under fire conditions

Wydra Małgorzata, Turkowski Piotr, Fangrat Jadwiga

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 2

371--385

EN

The FRP reinforcement gained importance due to high tensile strength, high durability and ecological friendliness [1-7]. Its usefulness as the internal or Near Surface Mounted reinforcement in bent concrete elements has already been proven. Though, in terms of the compressive behaviour of the bars and concrete elements incorporating them, there are still few experimental and numerical considerations, especially when high temperatures are considered. This article contains further considerations on the performance of concrete columns with BFRP main reinforcement in fire resistance tests on the basis of previously presented authors’ numerical analyses. Comparative analysis in terms of temperatures, deformations and stresses of concrete columns with BFRP and steel main reinforcement in fire resistance tests is presented by the example of two columns, for which also experimental investigations were performed. Also, a comparative analysis of stress-strain relations for BFRP, steel and concrete at temperatures up to 600ºC is presented. It can be concluded that BFRP bars’ properties are strongly different when compressive and tensile performance is considered, especially at elevated temperatures. Tensile strength was higher for BFRP than steel at room temperature, but along with temperature growth, it came the other way (at around 600ºC). The compressive strength of the BFRP bars was higher than the value for concrete, but only for temperatures lower than 200ºC.

PL

Zbrojenie FRP zyskało znaczenie dzięki wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, wysokiej trwałości i małego wpływu na środowisko. Wykazano ich przydatność jako zbrojenia wewnętrznego lub mocowanego z zastosowaniem systemów NSM (ang. Near Surface Mounted) w betonowych elementach zginanych, analizując również ich zachowanie w warunkach pożarowych. Niewiele jest natomiast opracowań dotyczących ściskania prętów i ściskanych elementów betonowych zawierających tego typu zbrojenie, zwłaszcza w warunkach podwyższonej temperatury. W artykule zaprezentowano wyniki uzupełniających badań w zakresie oceny odporności ogniowej słupa ze zbrojeniem głównym BFRP (ang. Basalt Fibre Reinforced Polymer), na podstawie przedstawionych wcześniej analiz numerycznych. Przeprowadzono analizę porównawczą pod kątem temperatury, odkształceń i naprężeń słupa ze zbrojeniem głównym stalowym lub BFRP w badaniach odporności ogniowej. Symulacje numeryczne odporności ogniowej wybranych elementów mają odzwierciedlenie w przeprowadzonych wcześniej badaniach. Wyniki badań materiałowych (np. dynamiczna analiza mechaniczna DMA – ang. Dynamic Mechanical Analysis, analiza termograwimetryczna TGA – ang. Thermogravimetric Analysis, testy mechaniczne ściskania/rozciągania w temperaturze pokojowej i w wysokich temperaturach) na prętach BFRP zostały omówione we wcześniejszych pracach autorów. W pierwszej kolejności przeprowadzono analizę porównawczą dla relacji naprężenie-odkształcenie trzech materiałów (BFRP, stal i beton) dla różnych zakresów temperatur. Wyniki wcześniejszych własnych badań wykorzystano do ustalenia wytrzymałości na ściskanie w temperaturze pokojowej i podwyższonej oraz wytrzymałości na rozciąganie prętów BFRP w temperaturze pokojowej.

2

Pręty kompozytowe BFRP jako zbrojenie w prefabrykowanych belkach betonowych

Krassowska Julita, Kosior-Kazberuk Marta

Materiały Budowlane

|

2022

|

nr 4

30--32

PL

Do głównych zalet prętów kompozytowych BFRP (basalt fibre reinforced polymers) należy zaliczyć odporność na korozję oraz małą masę. Ich wykorzystanie w budownictwie jest jednak ograniczone ze względu na wysoki koszt początkowy oraz zbyt małą sztywność elementów konstrukcyjnych. Rozwiązaniem może okazać się pełna prefabrykacja takich elementów. W artykule zaprezentowano wyniki badań porównawczych prefabrykowanych elementów belkowych o długości 4500 mm ze zbrojeniem podłużnym oraz poprzecznym w postaci prętów stalowych i prętów kompozytowych BFRP. Określono nośność na zginanie oraz ścinanie, a także ugięcie i charakter zniszczenia badanych elementów.

EN

Composite bars BFRP (basalt fiber reinforced polymers) are increasingly used in construction. Their main advantages are corrosion resistance and the lightweight of the bars. However, despite the advantages over steel bars, the development of structures using non-metallic composite bars is limited due to the high initial cost and insufficient stiffness of the structural elements. The solution may be the full prefabrication of such elements. The article presents the results of a comparative study of 4500 mm long prefabricated beam elements with longitudinal and transverse reinforcement in the form of steel bars and BFRP composite bars. The resistance to bending and shear was determined, as well as the deflection and the nature of the failure of the tested elements.

3

Compression behaviour of BFRP bars

Urbański Marek, Protchenko Kostiantyn

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

257--271

EN

The durability of building structures reinforced by steel is one of the main concerns in civil engineering. Currently, research in the field is focused on the possibility of replacing steel with relatively corrosion-resistant reinforcement, such as BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymers) bars. The behaviour of BFRP bars during compression has not yet been determined. The experimental results pertaining to BFRP bars subjected to compression were presented and discussed in the paper. The research program involved the preparation of 45 BFRP samples with varying unbraced length and nominal diameter of 8 mm that were subjected to compression. For samples with the unbraced length of up to 85 mm, the destruction was caused by crushing. The bars with the unbraced length greater than 120 mm were destroyed as a result of global buckling of the bar and subsequent fiber kinking. Based on the relationship between the buckling load strength - unbraced length, the optimal unbraced length of BFRP bar was determined, for which buckling load strength reaches its maximum value. The buckling load strength decreased, as the unbraced length increased. The values of modulus of elasticity under compression for variable unbraced lengths were slightly different for the samples, and were similar to the modulus of elasticity obtained at the tensile testing. The relationship between the buckling load strength and the unbraced length of BFRP bars was determined. This may contribute to the optimization of the transverse reinforcement spacing in compressed elements and to the development of standard provisions in the area of elements reinforced with FRP bars being subjected to compression.

PL

Obecnie niezwykle dynamicznie rozwija się zastosowanie materiałów kompozytowych o wysokich parametrach użytkowych takich jak pręty BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymers) jako zamiennika tradycyjnego zbrojenia stalowego w budownictwie. W artykule przedstawiono ocenę wytrzymałości na obciążenie wyboczeniowe prętów BFRP, co umożliwia ich wykorzystanie, jako zbrojenia w betonowych elementach ściskanych (słupy) oraz w strefie ściskanej elementów zginanych (np. belki i płyty). W porównaniu ze zbrojeniem stalowym, pręty BFRP mają kilka istotnych zalet. Są to między innymi mały ciężar, wysoka wytrzymałość na rozciąganie, odporność na korozję, przezroczystość na pola magnetyczne. Natomiast w porównaniu do najbardziej rozpowszechnionych prętów GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymers) wykazują zdecydowanie większą odporność na alkalia i kwasy. Włókna bazaltowe nie reagują toksycznie z powietrzem, wodą ani innymi chemikaliami, które mogą być niebezpieczne dla ludzi lub mogą zanieczyścić środowisko. Ponadto włókna bazaltowe nie są rakotwórcze. W trakcie recyklingu włókna przekształcają się w czarny proszek, który można łatwo usunąć z komory spalania i można go wykorzystać jako wypełniacz do różnych zastosowań. Przeprowadzono jakościową i półilościową analizę składu pierwiastkowego przy użyciu spektrometru dyspersji energii wtórnego promieniowania X (EDS) które dostarczyły istotne informacje dotyczące składu prętów BFRP. We włóknach bazaltowych stwierdzono, obecność dominujących związków SiO2 i Al2O3, które występują także we włóknach szklanych. Ponadto odnotowano obecność związków żelaza Fe2O3 i FeO mających wpływ na fizyko-mechaniczne właściwości włókien bazaltowych, takich jak gęstość (2,73 g/cm3 dla włókien bazaltowych, w porównaniu do 2,54 g/cm3 dla włókien szklanych typu E), kolor (od brązowego do matowo zielonego, w zależności od zawartości FeO), a także mniejsze przewodnictwo cieplne i lepsza stabilność temperaturowa w porównaniu z włóknami szklanymi. Ustalono w badaniu metodą BSE konfigurację oraz niewielki rozrzut w średnicach włókien bazaltowych wchodzących w skład pręta BFRP. Zachowanie prętów BFRP podczas ściskania dotychczas nie zostało określone. W programie badawczym zbadano 45 próbek BFRP o nominalnej średnicy 8 mm ze względu na ściskanie o zróżnicowanej długości niezakotwionej. Dla próbek o długości niezakotwionej do 85 mm zniszczenie następowało przez zgniatanie. Pręty o długości niezakotwionej większej od 120 mm ulegały zniszczeniu w wyniku globalnego wyboczenia pręta a następnie pękania włókien. Na podstawie zależności wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe - niezakotwiona długość pręta ustalono optymalną długość niezakotwioną pręta BFRP, dla której wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe osiąga największą wartość. Wraz ze wzrostem długości niezakotwionej wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe ulegała zmniejszeniu. Moduł sprężystości przy ściskaniu dla zmiennych długości niezakotwionych próbek nieznacznie się różnił, a jego wartość zbliżona była do modułu sprężystości przy rozciąganiu. Określono zależność między wytrzymałością na obciążenie wyboczeniowe a długością niezakotwioną prętów BFRP, co przyczyni się do optymalizacji rozstawu zbrojenia poprzecznego w elementach ściskanych oraz do opracowania przepisów normowych w obszarze elementów ze zbrojeniem ściskanym.