English
Język Polski
Badanie wytrzymałości na ścinanie prętów BFRP, HFRP oraz nHFRP
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2021.137171Abstrakt
W ostatnich dziesięcioleciach coraz większą rolę odgrywa zastosowanie zrównoważonych materiałów w budownictwie. Dlatego pręty kompozytowe Fibre-Reinforced Polymers (FRP) zwróciły uwagę inżynierów budownictwa ze względu na szereg zalet takich jak: zwiększoną trwałość, pełny recykling, odporność na korozję, mały ciężar i wysoką wytrzymałość. W artykule opisano wyniki badań wytrzymałości na ścinanie trzech typów prętów kompozytowych: (i) złożonych z włókien bazaltowych (BFRP) i matrycy epoksydowej, (ii) hybrydowych - wykonanych z włókien bazaltowych z dodatkiem włókien węglowych oraz matrycy epoksydowej (HFRP) a także (iii) nano-hybrydowych (nHFRP), złożonych z włókien bazaltowych i węglowych z udziałem zmodyfikowanej matrycy epoksydowej z dodatkiem nanokrzemionki. Pręty HFRP i nHFRP są znacznie tańsze niż pręty wykonane wyłącznie z włókien węglowych Carbon FRP (CFRP) a jednocześnie znacznie bardziej sztywne w porównaniu do prętów wykonanych wyłącznie z włókien bazaltowych FRP (BFRP). Pręty BFRP, HFRP i nHFRP o średnicach w 6, 8 , 10 ,12, 14, 18 mm poddano badaniom wytrzymałości na ścinanie w celu określenia właściwości mechanicznych oraz mechanizmu zniszczenia. Uzyskane wyniki wykazują niewielką tendencję spadkową wytrzymałości na ścinanie wraz ze wzrostem średnicy pręta, co jest najbardziej zauważalne w przypadku prętów HFRP. W większości przypadków pręty BFRP charakteryzowały się większym odkształceniem na ścinanie i mniejszą wytrzymałością na ścinanie w porównaniu z prętami z HFRP i nHFRP. Przeprowadzone testy mogą przyczynić się do pełnego zrozumienia mechanicznego zachowania się tych typów prętów FRP.Bibliografia
[1] A. Ghobarah, T. El-Amoury, “Seismic rehabilitation of deficient exterior concrete frame joints”, Journal of Composites for Construction 9 (5): 408-416, 2005. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2005)9:5(408)
[2] S. Durgadevi, S. Karthikeyan, N. Lavanya, & C. Kavitha, “A review on retrofitting of reinforced concrete elements using FRP”, Materials Today: Proceedings 26: 3595-3599, 2020. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.148
[3] A. Nanni, A. De Luca, H. Jawaheri Zadeh, “Reinforced concrete with FRP bars: Mechanics and design”, CRC Press, Boca Raton, FL, 182-188, 2014.
[4] P. L. Narloch, M. Lidner, E. Kunicka, M. Bielecki, “Flexural tensile strength of construction elements made out of cement stabilized rammed earth”, Procedia Engineering, vol. 111, pp. 589-595, 2015. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.07.049
[5] K. Protchenko, M. Włodarczyk, and E. D. Szmigiera, “Investigation of Behavior of Reinforced Concrete Elements Strengthened with FRP,” Procedia Engineering, vol. 111, pp. 679-686, 2015. http://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.07.132
[6] P. Woyciechowski, P.L. Narloch, D. Cichocki, “Shrinkage characteristics of cement stabilized rammed earth”, MATEC Web of Conferences, vol. 117, no. 00178, 2017. https://doi.org/10.1051/matecconf/201711700178
[7] E. D. Szmigiera, M. Urbański, and K. Protchenko, “Strength Performance of Concrete Beams Reinforced with BFRP Bars,” in International Congress on Polymers in Concrete (ICPIC 2018): Polymers for Resilient and Sustainable Concrete Infrastructure, pp. 667-674, 2018. http://doi.org/10.1007/978-3-319-78175-4_85
[8] A. Khalifa, W. J. Gold, A. Nanni, and A. M. I. Aziz, “Contribution of externally bonded FRP to shear capacity of RC flexural members”, ASCE Journal of Composites for Construction, 2(4): 195-202, 1998.
[9] B. Täljsten, “Strengthening of concrete structures for shear with bonded CFRP-fabrics”, Recent advances in bridge engineering, Advanced rehabilitation, durable materials, non-destructive evaluation and management, Eds. U. Meier and R. Betti, Dübendorf, 57-64, 1997.
[10] T. C. Triantafillou, “Shear strengthening of reinforced concrete beams using epoxy bonded FRP composites”, ACI Structural Journal, 95(2), March-April, 107-115, 1998.
[11] T. C. Triantafillou, and C. P. Antonopoulos, “Design of concrete flexural members strengthened in shear with FRP”, ASCE Journal of Composites for Construction, 4(4), 198-205, 2000.
[12] H. Koerber, J. Xavier, P.P. Camanho, “High strain rate characterization of unidirectional carbon-epoxy im7-8552 in transverse compression and in-plane shear using digital image correlation”, Mechanic Material 2010, 42, 1004-1019, 2010.
[13] T.J. Vogler, S. Kyriakides, “Inelastic behavior of an AS4/PEEK composite under combined transverse compression and shear”, Part I: Exp. International Journal Plastics 15, 783-806, 1999.
[14] H.M. Hsiao, I.M. Daniel, R.D. Cordes, “Strain rate effects on the transverse compressive and shear behavior of unidirectional composites”, Journal Composite Material 33 (17), 1620-1642, 1999.
[15] S. Nemat-Nasser, J.B. Isaacs, J.E. Starret, “Hopkinson techniques for dynamic recovery experiments”, Proceeding of the Royal Society of London, Series A. 435, 371-391, 1991.
[16] R. Gulino, P. Schwartz, and S. L. Phoenix, “Experiments on shear deformation, debonding and local load transfer in a model graphite/glass/epoxy micro-composite”, Journal Materials Science, 26, 6655-6672, 1991.
[17] B. Benmokrane, F. Elgabbas, E.A. Ahmed, P. Cousin, “Characterization and comparative durability study of glass/vinylester, basalt/vinylester, and basalt/epoxy FRP bars”, Journal of Composites for Construction 19 (6)04015008, 2015. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000564
[18] G. Wu, X. Wang, Z.S. Wu, Z.Q. Dong, Q. Xie, Degradation of basalt FRP bars in alkaline environment, Science Engineering Composite Materials 22 (6) (2015) 649-657, 2015. http://dx.doi.org/10.1515/secm-2014-0040
[19] F. Elgabbas, E.A. Ahmed, B. Benmokrane, “Physical and mechanical characteristics of new basalt-FRP bars for reinforcing concrete structures”, Construction Building Materials 95 623-635, 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.07.036
[20] M.S. Alam, A. Hussein, “Experimental investigation on the effect of longitudinal reinforcement on shear strength of fibre reinforcement on shear strength of fibre reinforced polymer reinforced concrete beams”, Can Journal Civil Engineering 38:243-51, 2011.
[21] A.K. El-sayed, E.F. El-Salakawy, B. Benmokrane, “Shear strength of FRP-reinforced concrete beams without transverse reinforcement” ACI Structural Journal 103(2):235-43, 2006.
[22] A. K. El-sayed, E. F. El-Salakawy, B. Benmokrane, “Shear capacity of high-strength concrete beams reinforced with FRP bars”, ACI Structural Journal 103(3):383-9, 2006.
[23] A. G. Razaqpur, B. O. Isgor, S. Greenaway, A. Selley, “Concrete contribution to the shear resistance of fibre reinforced polymer reinforced concrete members”, Journal of Composite for Construction 8(5):452-60, 2004.
[24] T. Alkhrdaji, M. Wideman, A. Belarbi, A. Nanni, “Shear strength of RC beams and slabs”, In: Figueiras J., Juvandes L., Faria R., editors. Composites in construction. Lisse, The Netherlands: A.A. Balkema Publishers; p. 409-14, 2001.
[25] J.R. Yost, S.P. Gross, D.W. Dinehart, “Shear strength of normal strength concrete beams reinforced with deformed GFRP bars”, Journal of Composite for Construction 5(4):263-75, 2001.
[26] A. Garbacz, E.D. Szmigiera, K. Protchenko, M. Urbański, “On Mechanical Characteristics of HFRP Bars with Various Types of Hybridization”, In M. M. Reda Taha, U. Girum, & G. Moneeb, M. M. Reda Taha, U. Girum, & G. Moneeb (Eds.), International Congress on Polymers in Concrete (ICPIC 2018) : Polymers for Resilient and Sustainable Concrete Infrastructure. Washington: Springer, 653–658, 2018. http://doi.org/10.1007/978-3-319-78175-4_83
[27] K. Protchenko, K. Młodzik, M. Urbański, E. Szmigiera, & A. Garbacz, „Numerical estimation of concrete beams reinforced with FRP bars”, In MATEC web of conferences (Vol.86, p. 02011). EDP Sciences. Moscow, Russia. 2016.
[28] K. Protchenko, J. Dobosz, M. Urbański, A. Garbacz, “Wpływ substytucji włókien bazaltowych przez włókna węglowe na właściwości mechaniczne prętów B/CFRP (HFRP)” [EN: Influence of the substitution of basalt fibres by carbon fibres on the mechanical behavior of B/CFRP (HFRP) bars]. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, JCEEA 63, 1/1:149-156, 2016.
[29] K. Protchenko and E. D. Szmigiera, “Post-Fire Characteristics of Concrete Beams Reinforced with Hybrid FRP Bars,” Materials, vol. 13, no. 5, pp. 1-15, 2020.
[30] J.W. Baur, C. Chen, R.S. Justice, D.W. Schaefer, “Highly dispersed nanosilica-epoxy resins with enhanced mechanical properties”, Polymer Vol. 49, pp. 3805-3815, 2008. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2008.06.023
[31] Jesionowski, T.; Pilawka, R. Kompozycje epoksydowe z krzemionką [Epoxy composites with silica] Kompozyty 2009, Vol. 9, No. 2, pp. 112-116.
[32] T. Jesionowski, R. Pilawka, „Kompozyty epoksydowe z krzemionką sieciowane 1-etylomimidazolem [Epoxy composites with silica crosslinked with 1-ethylimidazole]”, Kompozyty Vol. 11 No. 1: 14-17, 2011.
[33] ANSYS® Academic Research Mechanical, Release 16.2, Help System, Coupled Field Analysis Guide; ANSYS, Inc.: Canonsburg, PA, USA, 2016.
[34] K. Protchenko, E.D. Szmigiera, M. Urbański, A. Garbacz, “Development of Innovative HFRP Bars”, MATEC Web of Conferences 196: 1-6, 2018. http://doi.org/10.1051/matecconf/201819604087
[35] E.D. Szmigiera, K. Protchenko, M. Urbański, A. Garbacz, “Mechanical Properties of Hybrid FRP Bars and Nano-Hybrid FRP Bars”, Archives of Civil Engineering 65(1): 97-110, 2019. http://doi.org/10.2478/ace-2019-0007
[36] K. Protchenko, F. Zayoud, E.D. Szmigiera, M. Urbański, „Tensile and Shear Testing of Basalt Fiber Reinforced Polymer (BFRP) and Hybrid Basalt/Carbon Fiber Reinforced Polymer (HFRP) Bars”, Materials, 2020, 13(24), 5839. https://doi.org/10.3390/ma13245839
[37] American Concrete Institute (ACI). Guide test methods for fibre reinforced polymers (FRPs) for reinforcing or strengthening concrete structures. ACI: Farmington Hills, USA, 2006; ISBN 9780870317811.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
