KARBON FİBER GÜÇLENDİRME NEDİR


KARBON FİBER GÜÇLENDİRME NEDİR
Fiberle güçlendirilmiş polimer (FRP) kompozitler, yaklaşık 25 yıldır Amerika Birleşik Devletleri'nde yapısal güçlendirme için kullanılmaktadır. Bu dönemde, FRP kompozitlerinin genel bir inşaat malzemesi olarak kabulü artmış ve tamamlanan FRP güçlendirme projesi sayısı artmıştır. Sonuç olarak, güçlendirme ve güçlendirme için FRP kullanımı, ek yapısal çelik çerçevelerin ve elemanların montajı gibi geleneksel güçlendirme tekniklerine göre tasarım uzmanları arasında daha fazla popülerlik kazanmaktadır.
Mevcut yapıların FRP'nin güçlendirilmesi, karmaşık değerlendirme, tasarım ve detaylandırma süreçlerini içerebilir ve mevcut yapısal koşulların FRP kurulumundan önce yapıyı onarmak için kullanılan malzemelerle birlikte iyi anlaşılmasını gerektirir. FRP'nin bir güçlendirme projesi için uygunluğu, FRP'nin ne olduğunu ve sunduğu avantajları, ancak daha da önemlisi sınırlarını anlayarak belirlenebilir.
Şekil 1
FRP kumaş, kirişlerin etrafına 'U' sarılması da dahil olmak üzere herhangi bir geometriye uyacak şekilde kolayca uyarlanır.FRP Takviye Nedir?FRP kompozit malzemeler, bir polimer matrisine gömülü cam, karbon veya çelik teller gibi yüksek mukavemetli sürekli fiberlerden oluşur. Lifler ana takviye elemanlarını sağlarken, polimer matrisi (epoksi reçineleri) bir bağlayıcı görevi görür, lifleri korur ve liflere ve lifler arasındaki yükleri aktarır.
FRP kompozitler, karbon veya camdan yapılmış kuru bir kumaşın epoksi ile emprenye edildiği ve hazırlanan beton substrata bağlandığı ıslak serme işlemi kullanılarak sahada üretilebilir. Sertleştikten sonra, FRP, harici olarak bağlanmış bir takviye sistemi olarak işlev gören yapısal elemanın ayrılmaz bir parçası haline gelir. FRP kompozitler ayrıca, çubuklar, çubuklar ve plakalar gibi uygulamaların güçlendirilmesi için kullanılabilecek farklı şekiller oluşturmak için malzemenin önceden karıştırıldığı bir imalat tesisinde prefabrik hale getirilebilir.
şekil 2
FRP kumaşların kolonların etrafına sarılması sünekliği ve enerji yayılım davranışını iyileştirmek için kayma ve eksenel mukavemeti arttırır.Beton güçlendirme uygulamaları için en yaygın FRP sistemleri karbon fiber esaslıdır (CFRP). Karbon, cam elyaf esaslı sistemlere kıyasla üstün mekanik özelliklere ve daha yüksek çekme mukavemetine, sertliğine ve dayanıklılığına sahiptir. Prefabrik CFRP çubukların ve plakaların kullanımı tipik olarak düz veya hafif kavisli yüzeylerle sınırlıdır; örneğin, levhaların ve kirişlerin üst tarafı veya altı. Prefabrik FRP elemanları tipik olarak serttir ve sütunlar veya kirişlerin etrafına sarılmak üzere sahada bükülemezler.Öte yandan FRP kumaş, herhangi bir geometriye uyacak şekilde kolayca ayarlanabilen ve hemen hemen her profilin etrafına sarılabilen rulolar üzerinde tedarik edilen sürekli tek yönlü tabakalarda mevcuttur. FRP kumaşları, bükülme mukavemetini arttırmak için ek gerginlik takviyesi sağlamak için yapısal elemanların (örneğin levhalar veya kirişler) gerilme tarafına yapışabilir, kesme mukavemetlerini arttırmak için kirişlerin ve kirişlerin ağlarının etrafına sarılabilir ve kaymalarını artırmak için sütunların etrafına sarılabilir. ve eksenel mukavemet ve süneklik ve enerji dağılımı davranışını iyileştirir.
FRP'yi beton substrata bağlamak için kullanılan yapışkan sistemler, beton substrata nüfuz etmek ve sistemin bağlanmasını geliştirmek için kullanılan bir primer içerebilir; substrattaki küçük yüzey boşluklarını doldurmak ve FRP sisteminin bağlı olduğu pürüzsüz bir yüzey sağlamak için epoksi macun; kumaşı emdirmek ve hazırlanan substrata bağlamak için kullanılan doyurucu reçine; ve bağlı FRP sisteminin potansiyel olarak zararlı çevresel ve mekanik etkilere karşı korunması için koruyucu kaplama. FRP güçlendirme sistemleri için epoksilerin çoğu ultraviyole ışığa maruz kalmadan olumsuz etkilenir, ancak akrilik kaplamalar, çimentolu kaplamalar ve diğer kaplama türleri kullanılarak korunabilir.
Bir FRP sistemi için reçineler ve fiber genellikle malzemelere ve yapısal testlere dayanarak tek bir sistem olarak geliştirilir. Bir FRP sisteminin bir bileşenini başka bir sistemden bir bileşenle karıştırmak veya değiştirmek kabul edilemez ve iyileştirilmiş sistemin özelliklerini olumsuz etkileyebilir.
FRP sistemi ile mevcut beton arasındaki bağ kritiktir ve yüzey hazırlığı çoğu uygulama için gereklidir. İç donatıdaki mevcut herhangi bir bozulma veya korozyon, FRP sisteminin kurulmasından önce çözülmelidir. Bunun yapılmaması, beton alt tabakanın delaminasyonu nedeniyle FRP sistemine zarar verebilir.
Figür 3

Ek gerilim takviyesi, gerilim tarafına FRP yapıştırıldığında levhaların eğilme mukavemetini arttırır.CTP ve Çelik arasındaki farklarFRP kompozitler çelikten farklıdır, çünkü farklı yönlerde (anizotropik) değişebilen özelliklere sahipken, çelik her yöne (izotropik) benzer özelliklere sahiptir. Beton güçlendirme uygulaması için en yaygın elyaf levhalar, kumaşın uzunluğunu çalıştıran sürekli tek yönlü karbon veya cam elyaftan yapılır. Doğrudan gerginlikte yüklendiğinde, tek yönlü FRP malzemeleri, verim veya plastik davranış olmadan, başarısızlığa kadar doğrusal-elastik bir gerilme-gerinim ilişkisi sergiler. FRP'nin lineer-elastik özellikleri ve bunların yapısal elemanlara dışarıdan uygulanması nedeniyle, çelik takviye miktarını tasarlamak veya belirlemek için kullanılan standart yöntemler FRP için geçerli değildir. FRP tasarlamak için nispeten daha karmaşık prosedürler kullanılır,
Bir FRP malzemesindeki elyaf ana yük taşıma bileşeni olduğundan, elyaf türü, elyafın yönü ve kumaşın kalınlığı (elyaf miktarı) gerilme mukavemetini ve sertliğini belirler.
Mekanik Özellikler tablosunun karşılaştırılması
FRP kompozitleri, kullanılan elyaf tipine bağlı olarak mukavemet bakımından değişir. Cam, yumuşak çelik akma dayanımına neredeyse eşit bir gerilme mukavemeti sağlarken, karbon kompozitler, yumuşak çeliğin akma mukavemetinin iki ila beş katı arasında değişen bir gerilme mukavemeti sağlar. Her iki FRP kompoziti de çelikten daha düşük gerilme sertliğine sahipken, karbon kompozit sertliği cam kompozitlerin sertliğinin iki ila beş katıdır. FRP kompozitleri çeliğin yaklaşık beşte biri ağırlığındadır.FRP güçlendirme sistemlerinin gerilme özellikleri, FRP sistem üreticisinden elde edilebilir. Gerilme özellikleri ASTM D7565'te tarif edilen test yöntemi kullanılarak da belirlenebilir.
Malzeme dayanıklılığını hesaba katmak için, mevcut tasarım kılavuzlarının çoğu, tasarımda kullanılabilen FRP'nin gerilme mukavemeti için çevresel azaltma faktörlerini tanımlar. Bu faktörler FRP tipine ve güçlendirilecek elemanın maruz kalma koşullarına bağlıdır. CFRP için, iç maruziyet koşulları için tipik çevresel azaltma faktörü 0,95 iken, dış ve agresif maruz kalma koşulları için azaltma faktörü tipik olarak 0,85'tir.

Resim 5
CFRP'nin endüstriyel bir silo üzerine montajı.FRP UygulamasıFRP sistemleri, beton yapıların güçlendirilmesi ve güçlendirilmesi için çok pratik bir araç sağlar ve aşağıdakiler için uygundur:
  • Eğilme güçlendirme,
  • Kesme kuvvetlendirme ve
  • Sütun hapsi ve süneklik gelişimi.
FRP sistemleri, beton yapıların sismik iyileştirilmesi için de başarıyla kullanılmaktadır. Bu uygulamalar arasında, serbest kiriş-kolon birleşim yerlerinde kayma başarısızlığı, kiriş ve / veya kolonlarda kayma başarısızlığı ve vatka ekleme hatası gibi kırılgan başarısızlık mekanizmalarının hafifletilmesi bulunmaktadır. FRP sistemleri aynı zamanda uzunlamasına çelik çubukların burkulmasına karşı koymak için sütunları sınırlandırmaktadır. Bu CTP planları, beton yapının küresel yer değiştirme ve enerji yayma kapasitelerini arttırır ve genel davranışını geliştirir.
Korozyona karşı direnç nedeniyle, FRP kompozitler neredeyse tüm ortam türlerinin iç ve dış yapı elemanlarında kullanılabilir.
Resim 6Park garaj kirişlerinde CFRP takviyesi.Kodlar ve standartlarDünya çapında yayınlanmış, beton yapılar için harici olarak bağlanmış FRP donatı sistemlerinin tasarımını ele alan çeşitli kılavuzlar ve kodlar vardır. ABD'de, ACI Komitesi 440, ACI 440.2R, Betonarme Yapıların Güçlendirilmesi için Harici Olarak Bağlı FRP Sistemlerinin Tasarımı ve İnşası için Kılavuz yayınladı . Ancak, bu belge bir kod olarak kabul edilmez ve Uluslararası Bina Kodu (IBC) ve Uluslararası Mevcut Bina Kodu (IEBC) dahil olmak üzere herhangi bir kod belgesinde referans gösterilmez .
Onarım kodunun gerekliliğini anlayan Amerikan Beton Enstitüsü (ACI), 2013 yılında , mevcut binaların onarımı için geliştirilen ilk performansa dayalı standart olan Beton Yapıların Değerlendirilmesi, Onarımı ve Rehabilitasyonu için Kod Gereksinimleri (ACI 562) yayınladı. beton binalar. Bu standart, kabul edildiğinde IEBC ile veya mevcut bir bina kodunu kabul etmeyen yargı bölgeleri için bağımsız bir belge olarak çalışır.
ACI 562'deki hükümler tasarım profesyonelleri için yeni değildir ve geleneksel beton yapı tasarımı ile aynı gereklilikleri içerir. ACI 562, tasarım profesyonellerini onarım işlemi sırasında ve onarım tamamlandıktan sonra her zaman yapının davranışını dikkate almaya yönlendirir. ACI 562, beton onarımı ve güçlendirilmesi için FRP malzemelerinin kullanılmasına izin verir ve tasarım ve detaylandırma gereksinimleri için ACI 440 standartlarını ifade eder.
FRP Güçlendirme Sınırları
Minimum Mevcut Güç Sınırı
ACI 440.2R'ye göre, yapısal elemanın FRP güçlendirmesine hak kazanabilmesi için mevcut yapısal elemanın belirli bir minimum mukavemeti koruması gerekir. Bu gereklilik, FRP takviyesi olmadan yapısal elemanın nihai kapasitesinin, tipik durumlarda beklenen servis yüklerine karşılık gelen bir tasarım kuvvetinden daha büyük olmasını garanti etmeyi amaçlamaktadır.
ACI 440.2R'deki minimum güç gereksinimi:
Denklem 1: Yunan alfabesinin yirmibirinci harfiRn = 1.1DL + 0.75LLYunan alfabesinin yirmibirinci harfiRn = FRP'siz mevcut üyenin tasarım gücüDL = yeni tasarım ölü yükLL = yeni tasarım hareketli yük
Bu sınır, harici olarak bağlanmış FRP takviyesinin ikincil takviye olarak düşünülmesi ve mevcut iç çelik takviyesini desteklemek için kullanılması gerektiğini öngörmektedir. FRP takviyesinden ödün verilirse, yapı mevcut servis yüklerini çökmeden taşımak için yeterli kapasiteyi muhafaza etmelidir.
FRP kompozitler yapının hizmet ömrü boyunca dayanacak şekilde tasarlandığından, FRP'nin kazara hasar gördüğü yerlerde gelecekteki olası yenileme ve değişikliklerin etkisi dikkate alınmalıdır. Bu tür bir hasar hemen gözlenmeyebilir ve yapı veya yapısal bileşen, hasar tespit edilinceye ve etkilenen alanlar onarılıncaya kadar hizmette kalabilir. Denklem 1 bu durumlara yöneliktir.
Denklem 1 limiti, FRP arızası veya hasarı nedeniyle çökme olasılığını en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Tasarım canlı yükünün uzun bir süre (depolama alanları gibi) mevcut olma olasılığı yüksekse, 0,75 yerine 1,0 canlı yük faktörü kullanılmalıdır.
Bu sınır yangın derecesi gerekliliklerinden bağımsızdır. FRP sistemine yangın koruması uygulansa bile yerine getirilmelidir. Sınır, kesme, eğilme ve eksenel güçlendirme gibi her türlü mukavemet artışı için geçerlidir, ancak aşırı yükleme olayları (sismik olaylar, patlama yükleme veya ASCE 7 tarafından aşırı olaylar olarak sınıflandırılan diğer yükler) için geçerli değildir.
Ölü yük / hareketli yük oranına bağlı olarak, Denklem 1'i karşılayan FRP kullanılarak yapılan mukavemet artışı tipik olarak mukavemette% 40'a varan artışa neden olur. Güç artışı% 40'tan yüksekse, diğer geleneksel güçlendirme seçenekleri dikkate alınmalıdır.
Beton Dayanım Sınırı
Mevcut beton zemin mukavemeti, bükülme veya kayma mukavemeti gibi bağ kritik uygulamalar için önemli bir parametredir. FRP'nin bağlanma hattındaki tasarım gerilmelerini geliştirmesi ve aktarması için, beton substrat bu gerilmeleri aktarmak için yeterli mukavemete sahip olmalıdır. Ve betonun ACI 440.2R tarafından belirtilen minimum 200 psi (1,4 MPa) bağlanma mukavemetini sağlayabilmesi için, beton f ' c'nin basınç mukavemeti 2500 psi'den (17 MPa) fazla olmalıdır. Bu sınır, sadece FRP sistemi ile beton arasındaki teması esas alan FRP kolon hapsi gibi temas açısından kritik uygulamalar için geçerli değildir.
Yangın Dayanımı ve Korunması
Karbon fiberler yüksek sıcaklıklara dayanabilirken, yapışkan sistemler çok daha düşük bir eşik sıcaklığına sahiptir. FRP'nin yangına dayanıklılığı bir seçenektir, ancak özel yangına dayanıklı malzeme için yüksek maliyetler her zaman haklı değildir.
Güçlendirilmiş yapıların yangın derecesi FRP olmadan değerlendirilmelidir. FRP arızalanırsa düşük mukavemetin yeterli olup olmadığı konusunda bir tespit yapılmalıdır. Eğer öyleyse, FRP'yi yanmaz hale getirmeye gerek yoktur. Değilse, yanmaz malzemeler maliyet verimliliği ve tatmin edici yangın derecelerini karşılama yeteneği açısından değerlendirilmelidir.
Kurulum
FRP sistemlerinin kurulum prosedürleri sistem üreticileri tarafından geliştirilmiştir ve biraz farklı olabilir. Kurulum sırasında betonun sıcaklık ve yüzey nemi, FRP sistemlerinin kurulum prosedürünü ve performansını etkileyen ana parametrelerdir.
FRP sistemi ile mevcut beton arasında bir bağ oluşturmak için yüzey hazırlığı kritiktir. İç takviyenin mevcut herhangi bir bozulması ve korozyonu da FRP sisteminin kurulumundan önce çözülmelidir. Güçlendirme sadece tüm korozyon problemleri uygun prosedürler izlenerek belirlendikten ve çözüldükten sonra uygulanabilir. Bunun yapılmaması kirleticilerin kilitlenmesine yol açabilir, bu da daha fazla bozulmaya ve beton substratın delaminasyonu nedeniyle FRP sisteminin arızalanmasına neden olabilir.
Uluslararası Beton Onarım Enstitüsü, onarım malzemelerinin seçimi, yüzey hazırlığı ve montajı için çeşitli yönergeler sunmaktadır. Kurulduktan sonra, FRP sisteminin kürlenmesi, kurulumdan sonraki süreye ve kürleme sırasında sıcaklığa bağlıdır. Benzer şekilde, aşırı sıcaklıklar veya dalgalanmalar FRP sertleşme süresini geciktirebilir veya hızlandırabilir. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, sistem o kadar hızlı iyileşir - bir ila üç gün arasında herhangi bir yerde. Özel durumlara uyum sağlamak için genellikle sistem üreticisi aracılığıyla çeşitli derecelerde reçine mevcuttur.
Sonuç
FRP sistemleri binaları, köprüleri, siloları, tankları, tünelleri ve yeraltı borularını güçlendirmek için başarıyla kullanılmıştır. FRP malzemelerinin daha yüksek maliyeti, işçilik, ekipman kullanımı ve kurulum sırasındaki duruş sürelerinin azalmasıyla dengelenir ve bu da geleneksel güçlendirme tekniklerinden daha uygun maliyetli olmasını sağlar.
FRP ile güçlendirme karmaşık süreçleri içerebilirken, bu sistem geleneksel güçlendirme yöntemlerine kıyasla bir dizi avantaj sunar. FRP'nin özelliklerini ve sınırlamalarını anlamak, doğru tasarım çözümünü geliştirmek ve doğru uygulama için kullanmak için önemli bir adımdır.

BU SİTE İLE KURULMUŞTUR