Reforzamineto De Vigas Con Fibras De Carbono

Fortalecimiento de flexión de vigas de hormigón armado ligeras empleando polímeros reforzados con fibra de carbono.

Una serie de 40 de hormigón armado ligero (LWRC) vigas de 1400mm de longitud y una sección transversal rectangular de 150x200mm se echó, fortalecido y luego probado en cuatro puntos ensayo de flexión para estudiar la eficacia de la utilización de aplicación externa de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) materiales compuestos como un método para aumentar la resistencia a la flexión de vigas menores de reforzada LWRC. Parámetros investigados incluyen cuantía de armadura, r, r ¼ 0.55rb y r ¼ 0.27rb, longitud de la hoja de CFRP, 600 , 800 y 1.000 mm, ancho de hoja de CFRP , ancho de haz y la anchura media de haz . Se utilizaron tres tipos de esquemas de fortalecimiento: revestimiento cubre el haz desde la parte inferior y dos lados con un ancho total de 500 mm, las hojas en el lado de tensión con anchura igual a la anchura del haz y hojas con anchura igual a la anchura media de haz. Resultados de las pruebas mostraron un aumento limitado de la capacidad última de carga acompañada de una reducción en la desviación de mitad de período de las vigas reforzadas.

Entre los esquemas de fortalecimiento investigados, revestimiento fue el más efectivo para la mejora de la resistencia (aproximadamente 41 %) con respecto al control del haz, sin embargo, se redujo significativamente la ductilidad. Un modelo analítico propuesto para la predicción de la última capacidad de carga de LWRC vigas reforzado con compuestos CFRP.

Abreviaturas: r, la relación de acero de refuerzo; CFRPs, polímeros reforzados con fibra de carbono; LWRC, hormigón armado ligero, F, del diámetro del acero de refuerzo; rb, cuantía de acero equilibrado; 1c, la cepa concreta; 1CU, máxima tensión de compresión utilizable en concreto; h , espesor total de un miembro, en mm, c, distancia desde la fibra extrema comprimida al eje neutro en mm; 1FU, tensión de rotura de diseño de FRP; 10 s, el nivel de tensión en el acero de compresión; d0, profundidad de compresión de acero en mm, estando la CE , módulo de elasticidad del acero de refuerzo en MPa; Como, área de tensión de acero en mm2; A0 s, zona de compresión de acero en mm2; Af, área de refuerzo de FRP en mm2; f0 C, resistencia a la compresión del hormigón en MPa, b, anchura de la sección de hormigón en mm b1, 0,8 para la fuerza de compresión del hormigón de 35 MPa; c, factor de reducción adicional de la contribución a la resistencia a la flexión de FRP; X, distancia entre apoyos y punto de carga en m.

1 . introducción

Ha habido un interés creciente en el uso de hormigón ligero en la industria de la construcción en los últimos decenios. Concreto estructural liviano se puede diseñar para lograr una resistencia similar a la de hormigón de peso normal . Lo mismo es cierto para los demás requisitos de rendimiento mecánico y durabilidad ( Chen , Yang , Tang , y Wang , 2012 ) . Hormigón ligero estructural tiene muchas ventajas : se proporciona una fuerza más eficiente en relación al peso en elementos estructurales , y por lo tanto permite a los diseñadores para reducir el tamaño de las columnas , zapatas y otros elementos de apoyo . Además, cuenta con características de aislamiento térmico superior y una alta resistencia al fuego que el concreto de peso normal ( Khandaker y Anwar , 2004 ; Xu, Jiang, Xu, y Li, 2012).

Prácticamente , el envejecimiento o deterioro del hormigón armado existente (RC) estructuras es uno de los grandes retos de la industria de la construcción hoy en día . Si la flexión o la resistencia al corte de los miembros de RC no es suficiente para mantener sus funciones de servicio , el fortalecimiento de estos miembros de llegar a ser necesario ( Anania , Badal , y Failla, 2005 ; Badawi y Soudki , 2009 ) . Sin embargo , muchas de las deficiencias pueden deberse a un cambio en la capacidad deseada , o por errores en la construcción , como las barras que son empujados hacia abajo demasiado lejos en la sección durante la construcción ( Bousias , Triantafillou , Fardis , Spathis , y O'Regan , 2004 ) . Errores de refuerzo de acero que detallan pueden hacer miembro

menos fuerza de lo esperado , como un error en el detalle de llamar para las barras más pequeñas que las requeridas . Uno de los retos en el fortalecimiento de las estructuras de hormigón es la selección de un método de refuerzo que mejorará la fuerza y la capacidad de servicio de la estructura , mientras que teniendo en cuenta la cuantía de los daños , la forma del haz y los materiales de reparación, costo de la construcción , el tiempo y constructibilidad ( Ashour , El- Refaie , y Garrity, 2004 ) .

Existen varios métodos para reparar o reforzar elementos estructurales. Unión externa de las placas de acero en las estructuras dañadas RC es uno de estos métodos y se ha demostrado ser un eficiente y una reparación conocida o fortalecer técnica (Li et al, 2003 ; . Mukherjee , Boothby , Bakis , Joshi, y Maitra , 2004 ) . Utilización de polímero reforzado con fibra de vidrio (FRP ) los materiales compuestos en la rehabilitación de las estructuras es otro método que puede reducir en gran medida los requisitos de mantenimiento , aumentar la fuerza , aumentar la seguridad de la vida , aumentar la vida útil de las estructuras de hormigón y representan una alternativa al acero , ya que pueden evitar la corrosión de la placa (ACI 440.2R -08, 2008 ) . FRP también son muy ligeros , tienen una alta relación resistencia-peso y son generalmente resistentes a los productos químicos . FRP se ha utilizado para fortalecer / reparación elementos de hormigón , tales como columnas , losas , vigas y vigas de estructuras de hormigón. Entre éstos , la aplicación de FRP para reforzar las vigas de hormigón ha sido objeto de considerable atención por parte de la comunidad de investigación ( Xue , Tan, y Zeng, 2010 ) .

Se necesita refuerzo estructural en flexión para aumentar la capacidad de la viga estructural debido a las cargas o deficiencias que se producen en los miembros adicionales . Este hecho se presenta cuando se necesita el uso de la estructura cambia y una capacidad loadcarrying mayor ( Tastani y Pantazopoulou , 2004 ) . Además, las cargas adicionales pueden provenir de equipo mecánico instalado en la estructura , por lo que se requiere el fortalecimiento de la estructura o parte de ella ( Lee & Hausmann, 2004 ; Ozcan , Binici , y Ozcebe , 2008 ) . Se pueden necesitar Fortalecimiento y ductilidad para permitir que la estructura para resistir cargas no previstas en el diseño original . Esto puede ser encontrado cuando se requiere el fortalecimiento estructural de las cargas resultantes de viento y fuerzas sísmicas para mejorar la resistencia a la explosión de la carga. Sin embargo , las deficiencias en la estructura de la fuerza pueden ser el resultado de deterioro ( por ejemplo, la corrosión del acero de refuerzo y la pérdida de sección de hormigón ) , daño estructural ( por ejemplo, impacto de vehículos , carga excesiva y fuego ) o errores en el diseño original o la construcción ( Esfahani , Kianoushb , y Tajaria , 2007 ; Theriault et al , 2004 ) . .

Un estudio detallado literatura reveló que no se han realizado estudios de investigación sobre la reparación y refuerzo de hormigón armado ligero ( LWRC ) vigas utilizando polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) compuestos. Este estudio se inició para cerrar la brecha en la literatura sobre el fortalecimiento del LWRC vigas utilizando CFRP . Los principales objetivos de esta investigación fueron para mejorar la resistencia a la flexión de vigas LWRC utilizando CFRP y además de proponer un procedimiento de diseño para predecir la resistencia a la flexión de las vigas reforzadas .

2 . programa experimental

2.1 Las muestras de ensayo

Un programa experimental fue diseñado para reforzar las vigas de hormigón ligero bajo reforzado con materiales de CFRP . Cuarenta vigas simplemente apoyadas con una longitud de 1.600 mm y la anchura de la sección transversal Dimensiones 150mm por 200mm de altura se dividieron en partes iguales en dos categorías: B1 y B2 . Vigas B1 fueron diseñados con r ¼ 0.55rb con el acero principal 2F14mm y acero percha 2F10mm . Detalles Beam y sección transversal aparecen en la figura 1 . Dos haces de este tipo se tomaron como vigas de control , mientras que los otros 18 vigas se reforzaron por CFRP usando tres esquemas diferentes , como se muestra en la Figura 2 . Tres longitudes de fibra de 600 , 800 y 1000mm se utilizaron para cada esquema con dos muestras de cada una. La otra categoría de haz era vigas B2 que fue diseñado usando r ¼ 0.27rb con 2F10mm tanto para el acero principal y percha. Detalles viga y secciones transversales se muestran en la Figura 3 . En cuanto a las vigas anteriores, dos haces se tomaron como vigas de control , mientras que los demás fueron reforzadas por CFRP utilizando los mismos esquemas que para vigas B1 . Todas las vigas fueron diseñados para sostener las fuerzas de corte para que ninguna falla de corte se produce hasta la carga final. F10mm en 80mm estribos cerrados fueron utilizados en lapso de cizalla para resistir falla de corte donde se utilizaron 3F8mmstirrups en la región de la mitad del tramo de la distribución uniforme de la tensión . La Tabla 1 muestra las designaciones de haz y las técnicas de fortalecimiento utilizados.

2.2 Ingredientes y propiedades de los materiales .

La mezcla de concreto se preparó utilizando cemento Portland ordinario (tipo I ), agua , humo de sílice , ligero aplastado toba volcánica agregado grueso de la región norte- oriental de Jordania, con un tamaño

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