Installationsmetode til at forbedre kvalitetskontrol for Fiber forstærket Polymer Spike ankre
Summary
Dette manuskript præsenterer en metode til at kontrollere kvaliteten af installation spike ankre designet til at forsinke delaminering af eksternt agglomererede fiber forstærket polymerer. Protokollen omfatter udarbejdelse af boret hul og indsættelse proces. De mest indflydelsesrig parametre på effektiviteten af ankre diskuteres.
Abstract
Fiber forstærket polymer (FRP) ankre er en lovende metode til at øge effektiviteten af eksternt jordet FRPs anvendes på eksisterende strukturer, som de kan forsinke eller endog forhindre debonding fiasko. Men en større bekymring for designere er for tidlig svigt af ankre på grund af stress fusionen. Dårlig installation kvalitet og forberedelse af clearance huller kan resultere i stress koncentration, der fremprovokerer denne præmaturt svigt. Dette dokument omhandler en installationsmetode, der har til formål at mindske virkningerne af stress fusionen og give en ordentlig kontrol med kvaliteten af forberedelsen af boret hul. Metoden omfatter tre dele: boring og rengøring af hullerne, udjævning af hul kanterne med en tilpasset borehoved, og installationen af de anker, herunder imprægnering af anker dyvel og dens indsættelse. Anker fans (gratis længden af pigge) er så bundet til den eksterne FRP forstærkning. Til den ende forankring, og i forbindelse med forstærkninger med flere lag anbefales det, at anker fan indsættes mellem to lag til at hjælpe stress-overførsel mekanisme.
Den foreslåede procedure er suppleret med et design tilgang til spike ankre, baseret på en omfattende database. Det foreslås, at design følger en række skridt, nemlig: udvalg af anker diameter og efterfølgende trækstyrke stik (det vil sige, anker før lufte ud i den frie ende), evaluering af reduktionen i trækstyrke grund bøjning, tilvejebringelse af tilstrækkelig nedstøbning at forhindre skred fiasko, og betragtning af antallet og afstanden mellem holdepunkter for en given forstærkning. I denne forstand, skal det bemærkes, at yderligere forskning er nødvendig for at opnå et generelt udtryk for bidrag af spike ankre til overordnede bindingsstyrke FRP forstærkninger.
Introduction
FRP ankre tilbud en lovende måde til at øge effektiviteten af eksternt jordet FRPs anvendes på eksisterende strukturer, i betragtning at de kan forsinke eller endog forhindre debonding fejl1,2. Imidlertid indebærer et stort problem for designere for tidlig svigt af ankre i shear på grund af stress fusionen i regionen bøjning. Installation kvalitet og forberedelse af clearance huller er afgørende for at begrænse denne stress koncentration, der fremkalder sådanne præmaturt svigt.
Dette dokument omhandler en installationsmetode, der har til formål at mindske virkningerne af stress fusionen og give en ordentlig kontrol med kvaliteten af forberedelsen af boret hul og installation af ankre. Metoden indebærer fire dele: boring og rengøring huller, gulvafslibning hul kanterne med en tilpasset borehoved at undgå uregelmæssigheder i stress-fordeling inden for regionen bøjning, installation af anker, herunder imprægnering af Anker dyvel og dens indsættelse, og vedhæftning af anker til styrkelse.
Fra tidligere publicerede forskning3,4,5,6,7, kan det konkluderes at spike ankre med en bøjning region (der er at sige, med en bestemt vinkel mellem den frie ende og den integreret region), lider stress koncentration, der er tilbøjelige til at provokere præmaturt svigt. Dette kan ikke altid undgås på grund af geometri af de oprindelige medlemmer. I mange tilfælde er 90° dyvel vinkler bredt ansat, selv om det er almindeligt anerkendt at 135° dyvel vinkler tillader en reduktion i stress koncentration og føre til bedre ydelse af spike ankre. De vigtigste årsager til brugen af 90° dyvel vinkler er at de er enklere at udføre og kontrollere i enhver retning, og at de reducerer muligheden for at opfylde interne forstærkninger.
Figur 1 viser en typisk spike anker med de mest almindelige dyvel vinkler. Spike ankre installeret med 90° dyvel vinkler kan, ikke desto mindre vise en relativt god præstation, hvis ordentlig kontrol af stress fusionen tilbydes. Begrænse stress fusionen generelt indebærer designe ankre med en stor indre bøjning radius, som den indre bøjning radius har vist sig for at spille en større rolle i fiber kinke8,9. I denne forstand, forfattere som Orton et al. 3 tyder på at en bøjning radius af fire gange anker diameteren skal bruges. Denne henstilling resultater i upraktisk bøjning radier, selv for små anker diametre, som øger den bøjning radius indebærer faldende faktiske nedstøbning længde for en given hul dybde.
Forfatterne mener, at henstillingen fra store bøjning radius er relateret til vanskeligheden ved at kontrollere den reelle indre bøjning radius, fra geometriske, når udjævning laves i hånden. En tilpasset borehoved er derfor designet der tillader en nem kvalitetskontrol af installationen og sikrer at den bøjning radius anses i design.
To forskellige processer betragtes i papiret. Den første, der er relateret til installationsprocedure for stik (ankre, især før du lufte ud i den frie ende), mens anden indeholder den foreslåede metode til design med spike ankre og verifikation behov.
Protocol
Representative Results
Discussion
En trinvis protokol for installation og design af FRP spike ankre er præsenteret. Til bedst i forfatternes viden, er ingen detaljerede protokoller på spike ankre blevet udviklet med hensyn til effekten af installationsparametre og proces på anker kapacitet.
Den foreslåede udjævning borehoved er gavnlige i udførelsen af spike ankre, ved at reducere stress fusionen, og har bevist sin effektivitet i at reducere scatter af prøvninger på isolerede ankre. Dette er relateret til forbedring i …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker at udtrykke deres taknemmelighed til Sika SAU for deres støtte og især for deres levering af materiale for ankre og forstærkningerne. Betazul er især anerkendt for deres hjælp med de tilpassede borehoved og udarbejdelsen af videoen.
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).
