Odkształcalność i sposób zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych na zginanie materiałami CFRP
Ładowanie...
Data
2003
Autorzy
Tytuł czasopisma
ISSN czasopisma
Tytuł tomu
Wydawca
Katedra Budownictwa Betonowego. Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska. Politechnika Łódzka.
Abstrakt
Badania dotyczyły mechanizmów zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych materiałami kompozytowymi CFRP, naklejonymi na powierzchni elementu. Wszystkie badania wykazały, że jednym z powodów zniszczenia wzmocnionego elementu może być odspojenie kompozytu, rozpoczynające się w obszarze maksymalnego momentu i postępujące w kie-runku jednej z podpór. Następuje to na skutek poprzecznego nacisku betonowej otuliny stalowego zbrojenia rozciąganego na zewnętrzne zbrojenie CFRP, przy odkształceniach kompozytu rzędu 5 – 10‰. Oznacza to, że wytrzymałość materiału kompozytowego może być wykorzystana w niewielkim stopniu.
Badania miały na celu sprawdzenie, czy wprowadzenie dodatkowego zbrojenia kompozytowego może opóźnić proces odspojenia kompozytu, a tym samym spowodować lepsze wykorzystanie jego nośności.
Przedmiotem badania były jednoprzęsłowe, swobodnie podparte belki żelbetowe o przekroju prostokątnym 150300mm i rozpiętości 4200mm. Zbadano 6 belek w I serii i 4 belki w II serii. W belkach I serii zastosowano dodatkowe zbrojenie kompozytowe o kierunku włókien prostopadłym do podłużnej osi belki, w postaci mat i kształtek typu L. Badania wykazały, że takie dodatkowe zbrojenie powoduje opóźnienie procesu odspajania głównego zbrojenia kompozytowego, ale nie wpływa znacząco na wzrost nośności elementu na zginanie. Bardziej skuteczny okazał się sposób zbrojenia przyjęty w II serii, z matami CFRP o kierunku włókien równoległym do podłużnej osi belki, zwłaszcza w tym przypadku, gdy maty sięgały na boczne powierzchnie belki.
Badania potwierdziły wcześniejsze obserwacje dotyczące sposobu zniszczenia na skutek odspojenia kompozytu od po-wierzchni betonu.
Model obliczeniowy, w którym przyjęto zasadę zachowania płaskiego przekroju oraz zależności - odpowiadające rzeczywistym właściwościom zastosowanych materiałów, bardzo dobrze opisuje zachowanie się wzmocnionych elementów w całym zakresie obciążenia. Umożliwia on także uwzględnienie obciążenia belki przed jej wzmocnieniem
The experimental tests concerned failure modes of RC beams strengthened with externally bonded CFRP composites. Previous tests indicated that delamination of the strip from the concrete surface was one of the reasons of failure. It started in the maximum bending moment region and moved to one of the support. The reason of failure was vertical pressure of the concrete cover round the tension steel reinforcement for the external CFRP reinforcement for the CFRP strains equal 5 – 10‰. It seems that the ratio of composite utilisation was very low. The aim of the tests was to check if application of the additional external reinforcement delays delamination of the bottom composite and to increase the ratio of utilisation of the CFRP strength. 6 beams of Series I and 4 beams of Series II were tested. Single-span, simply supported RC beams with the rectangular cross section of 150300mm and a span of 4200mm were the object of the test. Beams of Series I were strengthened with the bottom strips and additional CFRP sheets or L-shaped strips with fibres perpendicular to the longitudinal beam direction. Tests of Series I indicated that the additional external reinforcement delayed cracking of the beam, but it did not increase sufficiently the load bearing capacity of the beams. Strengthening of Series II beams by CFRP sheets with fibres parallel to the beam span was more effective, especially while the sheets were applied on the lateral sides of the beam. The tests confirmed results of previous test concerning failure modes by the CFRP delamination from the concrete surface. Analytical model based on the plane section principle and real non–linear - characteristic of all materials corre-sponded with experimental results over the entire range of loads. The model considers state of initial loading of the element before its strengthening.
The experimental tests concerned failure modes of RC beams strengthened with externally bonded CFRP composites. Previous tests indicated that delamination of the strip from the concrete surface was one of the reasons of failure. It started in the maximum bending moment region and moved to one of the support. The reason of failure was vertical pressure of the concrete cover round the tension steel reinforcement for the external CFRP reinforcement for the CFRP strains equal 5 – 10‰. It seems that the ratio of composite utilisation was very low. The aim of the tests was to check if application of the additional external reinforcement delays delamination of the bottom composite and to increase the ratio of utilisation of the CFRP strength. 6 beams of Series I and 4 beams of Series II were tested. Single-span, simply supported RC beams with the rectangular cross section of 150300mm and a span of 4200mm were the object of the test. Beams of Series I were strengthened with the bottom strips and additional CFRP sheets or L-shaped strips with fibres perpendicular to the longitudinal beam direction. Tests of Series I indicated that the additional external reinforcement delayed cracking of the beam, but it did not increase sufficiently the load bearing capacity of the beams. Strengthening of Series II beams by CFRP sheets with fibres parallel to the beam span was more effective, especially while the sheets were applied on the lateral sides of the beam. The tests confirmed results of previous test concerning failure modes by the CFRP delamination from the concrete surface. Analytical model based on the plane section principle and real non–linear - characteristic of all materials corre-sponded with experimental results over the entire range of loads. The model considers state of initial loading of the element before its strengthening.
Opis
Słowa kluczowe
Cytowanie
Badania Doświadczalne Elementów I Konstrukcji Betonowych, (3), 1-42. https://doi.org/10.34658/kbb.2003.13
Kotynia R., Kamińska Maria E., Odkształcalność i sposób zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych na zginanie materiałami CFRP., Katedra Budownictwa Betonowego. Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska. Politechnika Łódzka, Łódź 2003, ISSN 1230-6010, doi: 10.34658/kbb.2013.3.
Kotynia R., Kamińska Maria E., Odkształcalność i sposób zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych na zginanie materiałami CFRP., Katedra Budownictwa Betonowego. Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska. Politechnika Łódzka, Łódź 2003, ISSN 1230-6010, doi: 10.34658/kbb.2013.3.