226618311

1.6. Efektywność użycia FRP (Fibrę Reinforced Polymers) do wzmocnienia konstrukcji stalowej

W odróżnieniu do betonu, stal ma wysoki moduł sprężystości i wysoką wytrzymałość, w związku z tym wymaga bardziej innowacyjnych zastosowań, aby móc wykorzystać zalety lepszych właściwości FRP. Kompozyty FRP mają wiele zalet w stosunku do stali. Należą do nich wyższy stosunek wytrzymałość - waga, co powoduje łatwość w transporcie i aplikacji materiału, co wpływa na czas wbudowania i zakłócenia w użytkowaniu konstrukcji. Minimalizowane są ekonomiczne straty spowodowane ograniczeniem użytkowania obiektu. Komponenty materiałów kompozytowych FRP mogą być także dostarczane oddzielnie w formie suchych mat i żywic impregnacyjnych do formowania ostatecznej formy kompozytu FRP na placu wbudowania przez tzw. proces nakładania na mokro, który pozwala na użycie FRP na zakrzywionych i nieregularnych powierzchniach, gdzie aplikacja wzmocnienia płytami stalowymi może być niemożliwa lub niezmiernie wymagająca.

Owinięcie FRP rur stalowych lub stalowych wypełnionych betonem przeciw lokalnej utraty stateczności rury [60] jest bardzo atrakcyjną możliwością użycia FRP, gdzie elastyczność kształtowania, uczyniła możliwą aplikację wzmocnienia kompozytem FRP.

Wzmacnianie materiałami kompozytowymi FRP przez przyklejanie staje się metodą obiecującą szczególnie we wzmacnianiu konstrukcji wrażliwych na zmęczenie. Tradycyjne metody, tj. dospawanie stalowych taśm/płyt, mają wady w postaci występowania naprężeń spawalniczych osłabiających wytrzymałość zmęczeniową. Stalowe elementy również mogą być przyklejane w miejsce FRP jednak, aby charakteryzowały się tą samą wytrzymałością na rozciąganie co taśmy FRP, muszą mieć dużo większą grubość, a więc wyższą sztywność na zginanie, co powoduje występowanie wyższych naprężeń odrywających w kleju pomiędzy stalową taśmą a stalowym podłożem elementu wzmacnianego. Takie naprężenia są główną przyczyną odspojenia elementu wzmacniającego i muszą być minimalizowane w układzie wzmacniania. Co więcej, w związku z wyższą wagą elementów stalowych w porównaniu do FRP, zachodzi potrzeba użycia więcej sprzętu i pracochłonności do ich aplikacji w miejscu wzmocnienia.Powoduje to, że stal staje się mniej atrakcyjnym materiałem od kompozytów FRP do wzmocnień.

Nośność projektowanego kompozytu FRP, wzmacniającego element metalowy może zostać wyrażona w poniższy sposób [23, 61]:

^<L1)

gdzie:

R{} - funkcja określonego modelu mechanicznego (np. zginania, ścinania itp.),

Yrcl- częściowy współczynnik bezpieczeństwa założonego modelu.

Argumenty funkcji R{} są typowymi, projektowymi wielkościami X_di materiałów użytych do wzmacniania albo istniejących materiałów i nominalnych wartości a_di (i - tych geometrycznych parametrów modelowych). W dodatku rj jest współczynnikiem zmienności, Ym.i jest częściowym współczynnikiem i - tego materiału i produktu.

Częściowy współczynnik konstrukcji stalowej (y_s) należy przyjmować zgodnie z odpowiednimi normami projektowania, natomiast w przypadku kompozytów zgodnie z tablicą 1.1, a klejów zgodnie z tablicą 1.2. W celu uwzględnienia różnych modeli nośności

str. 17