Megerősítés szálerősítésű (FRP)szalaggal, vagy szövettel Szálerősítésű (FRP) szalagok, szövetek A szálerősítésű szalagok és szövetek kompozit anyagok, melyeket gyakran alkalmaznak különböző anyagú szerkezetek megerősítésére: vasbeton acél fa falazott Két összetevője a: szálrendszer a befogadó matrix Fibres Matrix Composite

A kompozit anyag egy rétegének neve: lamina. Szálak→ biztosítják a teherbírást Matrix → tartják a szálakat az adott formátumban védik a szálakat a mechanikai és korróziós károktól A kompozit anyag egy rétegének neve: lamina. Az egymásra helyezett rétegek neve laminate. q=90 º +q y Laminate q=0 º -q Laminas x

Anyagok Szálak szénszál(graphite szál) üvegszál aramid szál acélszál Matrix epoxy polyester polyethylene fém Leggyakrabban alkalmazott anyagok

Szénszálak A szén, vagy grafitszálak rendkívül vékony 0.005–0.010 mm átmérőjű szálakból állnak. A szénatomokat kristályburkolat veszi körül a szál hosszirányában. Ez egy rendkívül szilárd anyagot eredményez szálirányban.. Carbon filament Human hair

melegítés + kihúzás → kristályosítás A CF gyártása PAN → szintetikus szál (polyacrylonitrile) Pitch → széntartalmú anyag PAN Pitch melegítés + kihúzás → kristályosítás

A megerősítéshez általában FRP szalagokat, szöveteket használnak, de esetenként rudak alkalmazása is lehetséges.. Szénszálas szövet Üvegszálas szövet aramid szálas szövet Szénszálas rúd Üvegszálas rúd Aramid szélas rúd

A CFRP anyagú megerősítés előnyei: kis súly kis keresztmetszeti méretek (a delaminació veszélye kiosebb) nagy húzósziládság és merevség a súlyhoz viszonyítva nagy szilárdság és merevség korrózióval szembeni ellenállás alacsony hővezetési és elektromos vezetőképesség széles alkalmazási terület egyszerű szállíthatóság és alkalmazhatóság Hátrányok: magas költségek kevés alkalmazási tapasztalat (tulajdonságok, méretezési eljárások) szabványok hiánya

A CFRP szalagok alkalmazása A szerkezet előkészítése A betonszerkezet ellenőrzése (a karbonátosodás foka, klorid ionok jelenléte). A károsodott betonfelületek eltávolítása, a felület kiegyenlítése. Szükség esetén habarcsjavítás vagy a repedések injektálása. A CFRP szalagok alkalmazása előtt általában a felületet homokszórással kell megtisztítani. A csatlakozó felületek közötti különbség ne legyen több mint 1 mm. A sarkokat le kell kerekíteni (az ívek sugara ne legyen kevesebb 20 mm-nél).

A befogadó matrix (ragasztó) alkalmazása A ragasztó komponenseit az előírt arányban kell bekeverni. A ragasztót afelületre általában hengerrel kell felhordani. Az alkalmazott mennyiség a beton felületétől függ (pl. a negatív sarkokban több anyagot kell felhordani mint a sík felületeken a jobb tapadás biztosítása érdekében)

A CFRP lemezek alkalmazása CFRP szalagok méretre vágása Ragasztóréteg felhordása A szalagok felhelyezése és megfelelő nyomással való rögzítése a felületen, általában hengerrel. A szalagok átfedésének biztosítása (~20 cm)

A szálerősítésű szövetek elhelyezése és védelme A kültéri alkalmazás esetén védeni kell az esőtől és egyéb atmoszferikus hatásoktól. A CFRP szalagok, szövetek rögzítése kb. 24 óra alatt válik véglegessé Napnak kitett felületeket UV sugárzás ellen védeni kell

Különböző FRP anyagok feszültség – alakváltozás ábrái Feszítőhuzal Szénszálas rúd Üvegszálas rúd Aramidszálas lemez

FRP anyagok mechanikai tulajdonságai

A szál átmérőjének hatása Húzószilárdság Mpa Max. szilárdság 11000 Mpa Üvegtömb szilárdsága 170 Mpa Szálátmérő µm

A hőmérséklet hatása szénszál Nagyobb merevségű üvegszál

Alkalmazási területek Vízszintes tartószerkezetek gerendák födémek csövek alagutak Függőleges szerkezeti elemek oszlopok kémények silók, tartályok Megerősítés földrengéssel szem- beni ellenállás növelésére Megerősítés rendkívüli hatások ellen Vízszinteselem Függőlegeselem Földrengés explosion Rendkívüli hatás

Vasbeton gerendák megerősítése hajlításra A felületen rögzített lemez Bemetszésben elhelyezett lemez Concrete Vegyes megoldások Concrete Adhesive

A hajlításra történő megerősítés méretezésének elve: Az egyensúlyi feltételeket teljesíteni kell. A CFRP szükséges keresztmetszeti területét az alakváltozási feltételek és a rugalmassági modulus ismeretében lehet meghatározni. Alakváltozás feszültség belső erők Nyomatékok= 0 engedett Erők =

Megerősítési tényező: A megerősített szerkezet teherbírása ne legyen nagyobb mint az eredeti, megerősítés nélküli szerkezet teherbírásának kétszerese. Ez a megerősítési tényezővel fejezhető ki, meg kell akadályozni az eredeti szerkezetben lévő vasalás megfolyását.

A szálerősítésű lemez megnyúlása: A CFRP lemezek nagymértékű megnyúlása a beton repedésének túlzott megnyílását és a lemezek delaminációját eredményezi, ezért ezt korlátozni kell. Az erősítő lemez megnyúlásai A lemez leválása

Hajlítókísérletek(University of Braunschweig, Germany): a lemez leválása a megnyúlásától, és a szerkezet vasalásától függ a belső vasalás szakadása kb. a szalag 0,65% - os szalag megnyúlásnál következett be, amely kb. 5,7 szerese az acél folyási nyúlásának a gerenda törése a CFRP szalag 1,3% - os megnyúlásakor következett be A CFRP szalagok megnyúlását 0,6% - 0,8% - ban célszerű korlátozni A megerősítés szükséges keresztmetszeti területe A CFRP lemez alakváltozása

CFRP szalagok méretezési feszültségei (type S&P 150/2000 and S&P 200/2000):

A CFRP – vel megerősitett gerendák tipikus tönkremeneteli módjai

Megerősítés nyírásra Határmegnyúlás nyírási megerősítés eetén: ef,lim = 0,2% - 0,3%

Nyomott oszlopok abroncsolása A CFRP elem húzószilárdságaa A CFRP elem húzószilárdsága A CFRP elem vastagsága (mm) A CFRP elem vastagsága Az oszlop átmérője (mm) Az oszlop átmérője A beton nyomószilárdsága a CFRP megerősítés után (N/mm2) A beton nyomószilárdsága (N/mm2) A beton vízszintes irányú feszültsége a CFRP által kifejtett abroncshatásból (N/mm2) A CFRP megerősítés hatása az oszlop teherbírására mint kengyel szerű abroncsolás Az oszlop nyomószilárdsága a spirál kengyelezés hatására A beton alap nyomószilárdsága A spirál kengyelezés által a betonra gyakorolt nyomófeszültség