Méthode d’installation afin d’améliorer le contrôle de la qualité des fibre renforcé polymère piquets d’ancrage
Summary
Ce manuscrit présente une méthode pour contrôler la qualité de l’installation de piquets d’ancrage conçu pour retarder le délaminage des polymères renforcés de fibres extérieurement sous douane. Le protocole inclut la préparation de l’alésage et le processus d’insertion. Les auteurs discutent les paramètres influents sur l’efficacité des ancres.
Abstract
Renforcé de fibres polymères (FRP) ancres sont une voie prometteuse pour améliorer la performance des PRF cautionné extérieurement appliquées aux structures existantes, comme ils peuvent retarder ou même prévenir une défaillance brackets. Cependant, une préoccupation majeure auxquels sont confrontée les concepteurs est la défaillance prématurée des ancres en raison de la concentration de contrainte. Qualité mauvaise installation et préparation des trous de passage de la concentration de contrainte qui provoque cet échec prématuré peuvent entraîner. Cet article traite d’une méthode d’installation qui vise à réduire l’impact de la concentration de contrainte et de fournir un bon contrôle de la qualité de la préparation de l’alésage. La méthode comporte trois parties : le forage et nettoyage des trous, le lissage des bords trou avec une mèche sur mesure et l’installation de l’ancre elle-même, y compris l’imprégnation de la cheville d’ancrage et de son insertion. Fans d’ancrage (la longueur libre de l’épis) sont ensuite collés au renforcement PRF externe. Pour l’ancrage de la fin et dans le cas des renforts avec plis multiples, il est recommandé d’insérer le ventilateur de l’ancre entre deux plis pour aider le mécanisme de transfert de stress.
La procédure proposée est complétée par une approche de conception pour les piquets d’ancrage, basé sur une vaste base de données. Il est proposé que la conception suivre un certain nombre de mesures, à savoir : choix du diamètre de l’ancre et ultérieures à la traction du connecteur (c’est-à-dire, l’ancre avant fanning sur l’extrémité libre), évaluation de la réduction de la résistance à la traction due à flexion, fourniture d’un enfoncement suffisant pour prévenir une défaillance de glissement et examen du nombre et l’espacement des points d’ancrage pour un renfort donné. En ce sens, il est à noter que des recherches complémentaires sont nécessaires afin d’obtenir une expression générale pour la contribution de piquets d’ancrage à l’adhérence globale de renforcements en PRF.
Introduction
FRP ancre offre une voie prometteuse pour améliorer la performance de l’extérieur collés PRF appliquées aux structures existantes, étant donnés qu’ils peuvent retarder ou même prévenir les brackets échec1,2. Cependant, une préoccupation majeure pour les concepteurs entraîne la défaillance prématurée des ancres en cisaillement dû à la concentration de contrainte dans la région de flexion. Qualité de l’installation et préparation des trous de dégagement sont cruciaux pour limiter cette concentration de contrainte qui provoque une telle défaillance prématurée.
Cet article traite d’une méthode d’installation qui vise à réduire l’impact de la concentration de contrainte et de fournir un bon contrôle de la qualité de préparer le trou de forage et l’installation des ancres. La méthode comporte quatre parties : forage et nettoyer les trous, lisser les bords du trou avec une mèche sur mesure afin d’éviter des irrégularités dans la distribution des contraintes dans la région de flexion, installation de l’ancre elle-même, y compris l’imprégnation des le goujon d’ancrage et son insertion et adhérence de l’ancrage à l’armature.
De recherche déjà publiés3,4,5,6,7, on peut conclure que spike ancres avec une flexion de la région (c’est à dire, avec un certain angle entre l’extrémité libre et la région embarquée), souffrent de concentration des contraintes susceptibles de provoquer une défaillance prématurée. Cela ne peut pas toujours être évité en raison de la géométrie des membres fondateurs. Dans de nombreux cas, angles de 90° cheville sont largement employés, même s’il est généralement convenu que 135° goujon angles permettent une diminution dans la concentration de contrainte et les conduisent à meilleures performances de piquets d’ancrage. Les principales raisons de l’utilisation des angles de 90° cheville sont qu’ils sont plus simples à exécuter et contrôler dans toutes les directions et qu’ils réduisent la possibilité de rencontrer les renforts internes.
La figure 1 montre une ancre spike typique avec des angles de cheville plus courantes. Piquets d’ancrage installés avec des angles de 90° goujon peuvent, néanmoins, présenter une performance relativement bonne si un contrôle adéquat de la concentration de contrainte est fourni. Limiter la concentration des contraintes généralement consiste à concevoir les ancres avec un intérieur de grand rayon, de courbure comme le rayon de courbure intérieur a été trouvé à jouer un rôle majeur dans la fibre coudure8,9. En ce sens, les auteurs tels que Orton et al. 3 suggèrent d’utiliser un rayon de courbure minimal de quatre fois le diamètre de l’ancre. Cela entraîne recommandation impraticable courbure, même pour des diamètres de petite ancre, que l’augmentation du rayon de cintrage consiste à diminuer la longueur d’enfoncement réel pour une profondeur de trou donné.
Les auteurs croient que la recommandation du grand rayon de courbure est liée à la difficulté de contrôler l’intérieur véritable petit rayon de courbure, d’un point de vue géométrique, lorsque le lissage se fait à la main. Un foret personnalisée a été dès lors pour objectif qui permet à un simple contrôle de la qualité de l’installation et assure que le rayon de courbure est prise en compte dans la conception.
Deux processus différents sont considérés comme dans le livre. L’une est liée à la procédure d’installation pour les connecteurs (ancres, surtout avant fanning sur l’extrémité libre), tandis que le second comprend la méthode proposée pour la conception avec piquets d’ancrage et de la vérification a besoin.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un protocole étape par étape pour l’installation et la conception de piquets d’ancrage en matière plastique renforcée est présenté. Au meilleur de la connaissance des auteurs, aucun des protocoles détaillés sur les piquets d’ancrage n’ont été développées au sujet de l’effet des paramètres d’installation et de processus sur la capacité de l’ancre.
La foret de lissage proposée est bénéfique dans l’exercice de piquets d’ancrage, au moyen de réduire la concentra…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à exprimer leur gratitude au Sika SAU pour leur soutien et, en particulier pour leur approvisionnement du matériel pour les ancrages et les renforts. Betazul est surtout reconnu pour leur aide avec la mèche sur mesure et à la préparation de la vidéo.
Materials
| Concrete | The concrete for support has a dosage made by the authors, and a strength class no lower than C40 | ||
| SikaWrap anchor C | SIKA | This material has been used for the FRP spike anchors. SikaWrap Anchor C is a unidirectional, carbon fiber rope, sheathed in an elastic gauze. The gauze can be cut onsite to create a fan end that anchors CFRP fabrics and plates used in the structural strengthening of masonry and concrete. | |
| Sikadur 330 | SIKA | Impregnating resin, apt for manual saturation methods. The product was used for impregnating the anchor dowel before insertion | |
| Sikadur 30 | SIKA | Thixotropic, two part epoxy resin applied by spatula and therefore suitable for virtually any application, including overhead | |
| Drill bit | Betazul | Drill bit employed to smooth the holes that was designed by the authors and developed by Betazul SA | |
| Hammer drill | Hilti | Tool for the execution of anchor holes on masonry and concrete, for different drilling ranges | |
| Wire brush | Hilti | Hit series | For the proper brushing of drilled holes of varying diameters and embedment depths |
| Blow-out pump | Hilti | Hit series | Manual blow-out pump |
| SikaWrap-230 C | SIKA | Unidirectional woven carbon fiber fabric for dry application process | |
| Aluminium Bubble Roller | Fibre glast | For laminations where increased pressure is necessary to release air bubbles. They are straight across the width of the head and provide excellent air relief for nearly all applications. | |
| Brush | For impregnation of FRP bundle and sheet | ||
| 600 kN testing machine | Proeti | DI-CP/S | This is used for the shear test of anchors, in order to evaluate the efficacy of the proposed insertion method |
| Cable ties | Cable ties are needed to fasten the end of the anchor dowel in order to prevent fanning out of the fibers during insertion | ||
| Measuring tape | The measuring tape is necessary to control the embedment length as well as the diameter of the drill bit and hole clearance | ||
| Steel wire | Required to assist insertion | ||
| Rigid (steel) bar | A rigid bar of any material (in this case, it was made with a steel bar) is needed to control the embedment length |
References
- Grelle, S., Sneed, L. An evaluation of anchorage systems for fiber-reinforced polymer (FRP) laminates bonded to reinforced concrete elements. Struct Cong. , 1157-1168 (2011).
- Kalfat, R., Al-Mahaidi, R., Smith, S. Anchorage devices used to improve the performance of reinforced concrete beams retrofitted with FRP composites: State-of-the-art review. J Compos Constr. , 14-33 (2013).
- Orton, S. L., Jirsa, J. O., Bayrak, O. Design considerations of carbon fibre anchors. J Compos Constr. 12 (6), 608-616 (2008).
- Ozbakkaloglu, T., Saatcioglu, M. Tensile behavior of FRP anchors in concrete. J Compos Constr. 13 (2), 82-92 (2009).
- Zhang, H. W., Smith, S. T. Influence of FRP anchor fan configuration and dowel angle on anchoring FRP plates. Compos Part B: Eng. 43 (8), 3516-3527 (2012).
- Koutas, L., Triantafillou, T. Use of anchors in shear strengthening of reinforced concrete T-beams with FRP. J Compos Constr. 17 (1), 101-107 (2012).
- Villanueva-Llauradó, P., Fernández-Gómez, J., González-Ramos, F. J. Influence of geometrical and installation parameters on performance of CFRP anchors. Compos Struct. 176, 105-116 (2017).
- Machida, A. Recommendation for design and construction of concrete structures using continuous fiber reinforcing materials. Japan Society of Civil Engineers (JSCE). , (1997).
- Lee, C., Ko, M., Lee, Y. Bend strength of complete closed-type carbon fiber reinforced polymer stirrups with rectangular section. J Compos Constr. 18 (1), 04013022 (2013).
- . . Qualification of post-installed adhesive anchors in concrete and commentary. , 4-11 (2011).
- . . Metal anchors for use in concrete. Part 5: Bonded Anchors. , (2013).
- . . Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. , (2008).
- . . Design Guidance for Strengthening Concrete Structures Using Fibre Reinforced Composite Materials. , (2012).
- Villanueva-Llauradó, P., Ibell, T., Fernández-Gómez, J., González-Ramos, F. J. Pull-out and shear-strength models for FRP spike anchors. Compos B Eng. 116, 239-252 (2017).
- Kim, S., Smith, S. Pullout strength models for FRP anchors in uncracked concrete. J Compos Constr. 14 (4), 406-414 (2010).
- Cook, R. A., Konz, R. C. Factors influencing bond strength of adhesive anchors. ACI Struct J. 98 (1), 76-86 (2001).
- . . Standard test method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. , (2014).
- Chen, J., Teng, J. Anchorage strength models for FRP and steel plates bonded to concrete. J Struct Eng. 127 (7), 784-791 (2001).
- Lu, X. Z., Teng, J. G., Ye, L. P., Jiang, J. J. Bond-slip models for FRP and steel plates bonded to concrete. Eng Struct. 27 (6), 920-927 (2005).
- Brena, S. F., McGuirk, G. N. Advances on the behavior characterization of FRPanchored carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets used to strengthen concrete elements. Int J Concr Struct Mater. 7 (1), 3-16 (2013).
- Eshwar, N., Nanni, A., Ibell, T. J. Performance of two anchor systems of externally bonded fiber-reinforced polymer laminates. ACI Mater J. 105 (1), 72-80 (2008).
- Zhang, H. W., Smith, S. T., Kim, S. J. Optimisation of carbon and glass FRP anchor design. Constr Build Mater. 32, 1-12 (2012).
- Zhang, H. W., Smith, S. T. FRP-to-concrete joint assemblages anchored with multiple FRP anchors. Compos Struct. 94 (2), 403-414 (2012).
