English
Język Polski
Badania eksperymentalne na stalowych cienkościennych belkach typu sigma wzmocnionych tkaninami CFRP
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.154114Abstrakt
Badanie miało na celu sprawdzenie, czy tkanina CFRP może być używana do zamknięcia profilu cienkościennej belki stalowej typu sigma w wybranych obszarach. Testy przeprowadzono na 16 próbkach, obejmując belki referencyjne (niewzmocnione) i trzy różne rozwiązania wzmocnienia, a także dwa różne przekroje poprzeczne. Testy obejmowały dwa etapy, z użyciem podpór widełkowych na obu końcach belki. W etapie II zablokowano dodatkowo możliwość deplanacji przekroju poprzecznego. Testy laboratoryjne wykorzystywały między innymi system ARAMIS i skaner 3D Artec Leo. Analizowano porównawczo przemieszczenia pionowe i poziome oraz opracowano wykresy siły-przemieszczenia globalne i lokalne. Metoda wzmocnienia może istotnie zwiększyć nośność cienkościennej belki stalowej o przekroju poprzecznym w postaci litery Sigma, które mają tendencję do deformacji w postaci otwarcia przekroju. Belki poddano testom w układzie czteropunktowego zginania. Tkanina CFRP (Sika Wrap 230C) była przyklejana do belki klejem SikaDur 330. Testy przeprowadzono przy użyciu maszyny wytrzymałościowej INSTRON 8505. Pomiary przemieszczeń były synchronizowane z przyrostem obciążenia z maszyny wytrzymałościowej i prezentowane w postaci filmów i wykresów za pomocą systemu pomiarowego ARAMIS. Propozycja wzmocnienia belki cienkościennej stali za pomocą tkanin CFRP może istotnie zwiększyć jej nośność. Szczególnie dla belki o smukłym przekroju, która ma tendencję do deformacji w postaci otwarcia przekroju. Metoda ta jest łatwa w aplikacji i ma minimalny wpływ na zwiększenie masy konstrukcyjnej elementu. Dodatkowe badania są jednak potrzebne w celu opracowania precyzyjnych wytycznych dotyczących zastosowania tej metody.Bibliografia
[1] S. Bartholomé, et al., “Bonded CFRP lamellae reinforced steel members”, Adhäsion KLEBEN & DICHTEN, vol. 60, no. 9, pp. 42-49, 2016, doi: 10.1007/s35145-016-0039-6 (in German).
[2] D. Guo, Y.-L. Liu, W.-Y. Gao, and J.-G. Dai, “Bond behavior of CFRP-to-steel bonded joints at different service temperatures: Experimental study and FE modeling”, Construction and Building Materials, vol. 362, art. no. 129836, 2023, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129836.
[3] D. Guo, H.-P. Wang, Y.-L. Liu, W.-Y. Gao, and J.-G. Dai, “Structural behavior of CFRP-strengthened steel beams at different service temperatures: Experimental study and FE modeling”, Engineering Structures, vol. 293, art. no. 116646, 2023, doi: 10.1016/j.engstruct.2023.116646.
[4] Y. Doroudi, D. Fernando, A. Hosseini, and E. Ghafoori, “Behavior of cracked steel plates strengthened with adhesively bonded CFRP laminates under Fatigue Loading: Experimental and Analytical Study”, Composite Structures, vol. 266, art. no. 113816, 2021, doi: 10.1016/j.compstruct.2021.113816.
[5] Y. Kasper, et al., “Application of carbon fibre composite materials for the rehabilitation of fatigue damaged steel structures”, in Advances in Engineering Materials, Structures and Systems: Innovations, Mechanics and Applications. CRC Press, 2019, pp. 2148-2153, doi: 10.1201/9780429426506-370.
[6] A. Kale, P. Zhang, and S. Soghrati, “Effect of pre-existing microstructural damage and residual stresses on the failure response of carbon fiber reinforced polymers”, International Journal of Non-Linear Mechanics, vol. 147, art. no. 104248, 2022, doi: 10.1016/j.ijnonlinmec.2022.104248.
[7] A. Skiadopoulos, A. de Castro e Sousa, and D. G. Lignos, “Experiments and proposed model for residual stresses in hot-rolled wide flange shapes”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 210, art. no. 108069, 2023, doi: 10.1016/j.jcsr.2023.108069.
[8] S. Lu, et al., “Effect of residual stress in gradient-grained metals: Dislocation dynamics simulations”, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 256, art. no. 108518, 2023, doi: 10.1016/j.ijmecsci.2023.108518.
[9] D. Kollár, I. Völgyi, and A.L. Joó, “Assessment of residual stresses in welded T-joints using contour method”, Thin-Walled Structures, vol. 190, art. no. 110966, 2023, doi: 10.1016/j.tws.2023.110966.
[10] G.J. Hancock, “Cold-formed steel structures”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 59, no. 4, pp. 473-487, 2003, doi: 10.1016/S0143-974X(02)00103-7.
[11] K. Rzeszut, I. Szewczak, P. Różyło, and M. Guminiak, “Impact of numerical modelling of kinematic and static boundary conditions on stability of cold-formed sigma beam”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 2, pp. 311-323, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.145269.
[12] L. Tong, Q. Yu, and X.-L. Zhao, “Experimental study on fatigue behavior of butt-welded thin-walled steel plates strengthened using CFRP sheets”, Thin-Walled Structures, vol. 147, art. no. 106471, 2020, doi: 10.1016/j.tws.2019.106471.
[13] A. Bastani, S. Das, and S. Kenno, “Rehabilitation of thin walled steel beams using CFRP Fabric”, Thin-Walled Structures, vol. 143, art. no. 106215, 2019, doi: 10.1016/j.tws.2019.106215.
[14] P.V. Nhut and Y. Matsumoto, “Experimental analytical and theoretical investigations of CFRP strengthened thin-walled steel plates under shear loads”, Thin-Walled Structures, vol. 155, art. no. 106908, 2020, doi: 10.1016/j.tws.2020.106908.
[15] I. Szewczak, K. Rzeszut, and P. Rozylo, “Structural behaviour of steel cold-formed sigma beams strengthened with bonded steel tapes”, Thin-Walled Structures, vol. 159, art. no. 107295, 2021, doi: 10.1016/j.tws.2020.107295.
[16] L. Hu, X. Liang, P. Feng, and H.-T. Li, “Temperature effect on buckling behavior of prestressed CFRP-reinforced steel columns”, Thin-Walled Structures, vol. 188, art. no. 110879, 2023, doi: 10.1016/j.tws.2023.110879.
[17] M.R. Bambach, H.H. Jama, and M. Elchalakani, “Axial capacity and design of thin-walled steel SHS strengthened with CFRP”, Thin-Walled Structures, vol. 47, no. 10, pp. 1112-1121, 2009, doi: 10.1016/j.tws.2008.10.006.
[18] L. Hu, P. Feng, W. Gao, and Y. Wang, “Flexural behavior of light steel purlins reinforced by prestressed CFRP laminates”, Thin-Walled Structures, vol. 174, art. no. 109125, 2022, doi: 10.1016/j.tws.2022.109125.
[19] Y. Chen, M. Yuan, H. Wang, R. Yu, and L. Hua, “Progressive optimization on structural design and weight reduction of CFRP Key Components”, International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, vol. 6, no. 1, pp. 59-71, 2023, doi: 10.1016/j.ijlmm.2022.07.001.
[20] M.A. Dybizbański and K. Rzeszut, “Badania laboratoryjne wzmacnianych belek stalowych cienkościennych typu sigma za pomocą tkanin CFRP z zastosowaniem bezdotykowych metod optycznych”, Przegląd Budowlany, vol. 94, no. 7-8, pp. 111-116, 2023, doi: 10.5604/01.3001.0053.8501.
[21] K. Rzeszut and M.A. Dybizbański, “Structural behavior of sigma-type thin-walled cold-formed steel beams reinforced with CFRP textile”, ce/papers, vol. 6, no. 3-4, pp. 11-15, 2023, doi: 10.1002/cepa.2747.
[22] J. Jönsson, “Distortional theory of thin-walled beams”, Thin-Walled Structures, vol. 33, no. 4, pp. 269-303, 1999, doi: 10.1016/S0263-8231(98)00050-0.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
