Installatiemethode ter verbetering van de kwaliteitscontrole voor Fiber versterkt polymeer Spike ankers
Summary
Dit manuscript presenteert een methode voor de controle op de kwaliteit van de installatie voor spike ankers ter vertraging delaminatie van extern gekleefde vezel versterkt polymeren. Het protocol bevat de voorbereiding van de hole boor en de invoegpositie proces. De meest invloedrijke parameters op de efficiëntie van de ankers worden besproken.
Abstract
Vezel versterkt polymeer (FRP) ankers zijn een veelbelovende manier om het verbeteren van de prestaties van extern-gebonden FRPs toegepast op de bestaande structuren, zoals zij kunnen vertragen of zelfs mislukken wagerverbinding te voorkomen. Echter is een grote zorg waarmee ontwerpers worden geconfronteerd het voortijdige falen van de ankers als gevolg van stress concentratie. Installatie van slechte kwaliteit en voorbereiding van de goedkeuring gaten kunnen leiden tot concentratie van de stress die dit voortijdige falen. Dit document behandelt een installatiemethode die beoogt de gevolgen van de concentratie van de stress te verminderen en te zorgen voor een goede controle van de kwaliteit van de voorbereiding van het gat van de boor. De methode omvat drie delen: het boren en reiniging van de gaten, het gladstrijken van de randen van het gat met een aangepaste boor, en de installatie van het anker zelf, met inbegrip van de bevruchting van de anker-stokje en de invoegpositie. Anker fans (de vrije lengte van de spikes) worden vervolgens gebonden aan de externe FRP versterking. Voor het bevestigingspunt van het einde, en in het geval van versterkingen met meerdere lagen, is het aanbevolen dat de ventilator anker worden ingevoegd tussen twee lagen bij het stress-overdracht mechanisme.
De voorgestelde procedure wordt aangevuld met een ontwerpbenadering voor spike ankers, op basis van een uitgebreide database. Er wordt voorgesteld dat het ontwerp volgen een aantal stappen, namelijk: selectie van de diameter van het anker en de daaropvolgende treksterkte van de connector (dat wil zeggen, het anker vóór fanning uit het vrije uiteinde), evaluatie van de vermindering van de treksterkte wijten aan buigen, verstrekking van voldoende verankering om ontsporing failure te voorkomen, en de behandeling van het nummer en afstand van ankers voor een bepaalde versterking. In dit opzicht opgemerkt moet worden dat verder onderzoek is nodig om te krijgen een algemene aanduiding voor de bijdrage van spike ankers naar algemene hechtsterkte van FRP versterkingen.
Introduction
FRP gefixeerd aanbod een veelbelovende manier om het verbeteren van de prestaties van extern FRPs toegepast op de bestaande structuren gebonden, gegeven dat ze kunnen vertragen of zelfs voorkomen wagerverbinding fout1,2. Echter een grote zorg voor ontwerpers met zich meebrengt het voortijdige falen van de ankers in schuintrekken te wijten aan stress concentratie in de buigende regio. Installatie kwaliteit en voorbereiding van de goedkeuring gaten zijn cruciaal voor het beperken van deze concentratie van de stress die zulke voortijdige falen.
Dit document behandelt een installatiemethode die beoogt de gevolgen van de concentratie van de stress te verminderen en te zorgen voor een goede controle van de kwaliteit van de voorbereiding van het gat boren en de installatie van de ankers. De methode omvat vier delen: boren en reiniging van de gaten, vloeiende randen van het gat met een aangepaste boor om onregelmatigheden in de stress-verdeling binnen de buigende regio, installatie van het anker zelf, met inbegrip van het impregneren van het anker stokje en haar inbrengen, en hechting van de anker aan de versterking.
Van eerder gepubliceerde onderzoek3,4,5,6,7, kan worden geconcludeerd dat spike ankers met een buigende regio (dat wil zeggen, met een bepaalde hoek tussen het vrije uiteinde en de ingesloten regio), lijden onder stress concentratie die is gevoelig voor het uitlokken van voortijdige falen. Dit kan niet altijd vermeden worden als gevolg van de geometrie van de oorspronkelijke leden. In veel gevallen, zijn 90° vattenproducenten hoeken in grote lijnen werkzaam, hoewel het over het algemeen overeengekomen is dat stokje hoeken van 135° een vermindering van stress concentratie toestaan en tot betere prestaties van spike ankers leiden. De belangrijkste redenen voor het gebruik van 90° vattenproducenten hoeken zijn dat ze eenvoudiger uit te voeren en te controleren in de gewenste richting en dat zij de mogelijkheid om te voldoen aan interne versterkingen verminderen.
Figuur 1 toont een typische spike anker met de meest voorkomende vattenproducenten hoeken. Spike ankers geïnstalleerd met hoeken van 90° vattenproducenten kunnen, toch een relatief goede prestaties worden weergegeven als goede controle van de stress-concentratie wordt verstrekt. Beperken van stress concentratie in het algemeen houdt de ankers ontwerpen met een grote innerlijke buigen straal als de buigende binnenstraal is gebleken dat een belangrijke rol te spelen in vezel knikken8,9. In deze zin, auteurs zoals Orton et al. 3 suggereren dat een Buigstraal met vier keer de diameter van het anker moet worden gebruikt. De resultaten van deze aanbeveling in onpraktisch buigen van stralen, zelfs voor kleine anker diameters, als het verhogen van de Buigstraal betreft de verankering van de werkelijke lengte voor een bepaalde hole diepte aan het afnemen.
De auteurs van mening dat de aanbeveling van grote Buigstraal is gerelateerd aan het probleem van de beheersing van de echte binnenste straal van een geometrische oogpunt, buigen wanneer gladstrijken met de hand wordt gedaan. Een aangepaste boor is daarom ontworpen waarmee een eenvoudige bediening van de kwaliteit van de installatie en zorgt ervoor dat de Buigstraal wordt beschouwd als in het ontwerp.
Twee verschillende processen worden beschouwd in het papier. De ene is gerelateerd aan de installatieprocedure voor de verbindingslijnen (ankers, vooral voordat fanning uit het vrije uiteinde), terwijl de tweede de voorgestelde methode voor het ontwerp met spike ankers en de verificatie bevat nodig heeft.
Protocol
Representative Results
Discussion
Een stapsgewijze protocol voor installatie en ontwerp van FRP spike ankers wordt gepresenteerd. Tot de beste van de auteurs kennis, zijn geen gedetailleerde protocollen op spike ankers ontwikkeld met betrekking tot het effect van de parameters voor een installatie en proces op anker capaciteit.
De voorgestelde smoothing boor is gunstig in de prestaties van spike ankers, door middel van vermindering van de concentratie van de stress, en heeft bewezen de werkzaamheid bij het verminderen van de s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen hun dankbaarheid uitspreken aan Sika SAU voor hun steun en, met name voor de levering van het materiaal voor de ankers en de versterkingen. Betazul wordt vooral erkend voor hun hulp met de aangepaste boor en bij de voorbereiding van de video.
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).
