Installasjonsmetode for å øke kvalitetskontroll for Fiber forsterket Polymer Spike ankere
Summary
Dette manuskriptet presenterer en metode for å kontrollere kvaliteten på installasjon spike ankre utviklet for å utsette delaminering av eksternt limt fiber forsterket polymerer. Protokollen inneholder utarbeidelse av bore hull og innsetting prosessen. Mest innflytelsesrike parameterne på effektiviteten av ankere diskuteres.
Abstract
Fiber forsterket polymer (fr.P.) ankere er en lovende måte å forbedre ytelsen til eksternt-limt FRPs brukes på eksisterende strukturer, som de kan forsinke eller hindre debonding feil. Et stort problem møter designere er imidlertid tidlig svikt i ankere på grunn av stress konsentrasjon. Dårlig kvalitet og utarbeidelse av klaring hullene kan medføre stress konsentrasjon som provoserer tidlig feilen. Denne artikkelen omhandler en installasjonsmetode som tar sikte på å redusere virkningen av stress konsentrasjonen og gi en forsvarlig kvalitetskontroll av utarbeidelse av bore hull. Metoden innebærer tre deler: boring og rengjøring av hullene, Utglatting av hull kantene med en tilpasset borekronen og installasjon av ankeret, inkludert impregnering av anker dowel og dens innsetting. Anker fans (gratis lengden på spissene) er deretter limt til eksterne fr.P forsterkning. Slutten ankerplass, og ved forsterkninger med flere gass anbefales det at anker viften settes inn mellom to gass å hjelpe stress-overføring mekanisme.
Den foreslåtte prosedyren er supplert med en design tilnærming spike ankre, basert på en omfattende database. Det foreslås at utformingen følger en rekke skritt, nemlig: anker diameter og påfølgende strekkfasthet på koblingen (det vil si, ankeret før lufte ut gratis slutten), evaluering av reduksjon i strekkfasthet grunn bøyd, levering av nok forankring å hindre glidning svikt, og vurdering av nummeret og avstanden mellom ankrene for en gitt forsterkning. I denne forstand, bør det bemerkes at videre forskning er nødvendig for å få et generelt uttrykk for bidrag av spike forankring til generelle bindestyrke av Fr.P forsterkninger.
Introduction
FRP forankrer tilbyr en lovende måte å forbedre ytelsen til eksternt limt FRPs brukes på eksisterende strukturer, gitt at de kan forsinke eller hindre debonding feil1,2. Men medfører en stor bekymring for designere tidlig svikt i ankrene i skjær på grunn av stress konsentrasjon i regionen bøying. Kvalitet og utarbeidelse av klaring hullene er avgjørende for å begrense denne stress konsentrasjonen som provoserer slik tidlig svikt.
Denne artikkelen omhandler en installasjonsmetode som tar sikte på å redusere virkningen av stress konsentrasjonen og gi en forsvarlig kvalitetskontroll av utarbeidelse av bore hull og installasjon av ankere. Metoden innebærer fire deler: boring og rengjøring hullene, utjevning hull kantene med en tilpasset borekronen å unngå uregelmessigheter i stress-distribusjonen innen regionen bøying, installasjon av ankeret, inkludert impregnering av anker dowel og innsetting, og vedheft av ankeret til forsterkning.
Fra tidligere publisert forskning3,4,5,6,7, kan det konkluderes at spike ankere en bøying region (som er å si, med en bestemt vinkel mellom gratis slutten og innebygd region), lider stress konsentrasjon som er utsatt for provosere tidlig svikt. Dette kan ikke alltid unngås på grunn av geometrien av de opprinnelige medlemmene. I mange tilfeller er 90° dowel vinkler bredt ansatt, selv om det er generelt enige om at 135° dowel vinkler at en reduksjon i stress konsentrasjon og føre til bedre ytelse av spike ankere. De viktigste grunnene for bruk av 90° dowel vinkler er at de er enklere å kjøre og kontrollere i alle retninger og det de nedskrive muligheten til å møte interne forsterkninger.
Figur 1 viser en typisk spike anker med vanligste dowel vinkler. Spike ankere installert med 90° dowel vinkler kan likevel vise en relativt god ytelse hvis riktig kontroll av stress konsentrasjonen er angitt. Begrense stress konsentrasjon vanligvis innebærer utforme ankere med en stor indre bøying radius, som den indre kurveradiusen har vist seg for å spille en viktig rolle i fiber elastiske8,9. I denne forstand, forfattere som Orton et al. 3 foreslår at en kurveradiusen av fire ganger anker diameter skal brukes. Denne anbefalingen resultater i upraktisk bøying radier, selv for små anker diameter, som øker kurveradiusen innebærer reduseres den faktiske forankring lengden for en gitt hull dybde.
Forfatterne mener at anbefaling av store kurveradiusen er relatert til vanskelighetene med å kontrollere den ekte indre bøying radius fra en geometriske synspunkt, når utjevning utføres for hånd. En tilpasset borekronen er derfor designet som tillater en enkel kvalitetskontroll av installasjonen og sikrer at kurveradiusen anses i utformingen.
På papiret regnes som to forskjellige prosesser. Den første som er knyttet til installasjonsprosedyren for kontaktene (anker, spesielt før lufte ut gratis slutten), mens andre inneholder den foreslåtte metoden for spike ankere og verifikasjon trenger.
Protocol
Representative Results
Discussion
En trinnvis protokoll for installasjon og design av Fr.P spike ankere presenteres. Til beste forfatterne kunnskap, er ingen detaljert protokoller på spike ankere utviklet om effekten av installasjonsparameterne og prosess på anker kapasitet.
Foreslåtte utjevning borekronen er gunstig i utførelsen av spike anker, ved å redusere stress konsentrasjon, og har bevist sin effekt i å redusere scatter testene utføres på isolerte ankere. Dette er knyttet til styrking i kvalitetskontrollen av in…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker å uttrykke sin takknemlighet til Sika SAU for deres støtte og særlig for sin forsyning av materialet for ankere og forsterkningene. Betazul er spesielt anerkjent for deres hjelp med tilpassede borekronen og utarbeidelse av 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).
