11SANACIJE, REKONSTRUKCIJE I ODRAVANJE BETONSKIH KONSTRUKCIJA U VISOKOGRADNJIGRAEVINSKI FAKULTETUNIVERZITETA U BEOGRADUOdsek za konstrukcijeKatedra za materijale i konstrukcije (MIK) IV godina studija (28+14) VIIIsemester (2+1)Ojaanje AB konstrukcija primenom FRP vlakana2Ojaanje primenom vetakih vlakanaFRP (Fibre Reinforced Polymer)FRP materijal sadri veliki broj finih vlakana, izraenih mehanikih karakteristika, unutar matrice od epoksi smole. U zavisnosti od vrste vlakana, postoje: AFRP (aramidna), CFRP (karbonska) ili GFRP (staklena).Osnovne mehanike karakteristike odreuju se u zavisnosti od karakteristika sastojaka - vlakana (vl) i matrice (m) i njihovih zapreminskih zastupljenosti (V):Ef = Evl Vvl + Em Vmff = fvl Vvl + fm Vmgde je: E moduo elastinosti, f - vrstoa na zatezanje.23Ojaanje primenom vetakih vlakana - FRPCFRPAFRPGFRP40 20 10 30 Dijagram napon-dilatacija pri zatezanju za razne vrste vlakana4Ojaanje primenom karbonskih vlakanaCFRP (Carbon Fibre Reinforced Polymer)KARBONSKE TRAKE se izrauju od vlakanaprenika 0.01 do 0.10 mmProizvode se kao:TRAKE-LAMINATI u kojima su vlakna meusobno slepljena odgovarajuim epoksidnim vezivom -matricomTRAKE-TKANINE dobijene tkanjem "konaca" formiranih od karbonskih vlakana35Trake-laminati mogu da prihvate samo optereenja (sile) u podunom pravcu - u pravcu svog pruanjaTrake-tkanine mogu da budu nosive u vie pravaca u zavisnosti od naina tkanja vlakana: Monoaksijalne trake - tkanine - trake koje imaju vlakna" samo u jednom pravcu, Biaksijalne trake imaju vlakna" (tkanje) u dvameusobno upravna pravca, Trake sa dijagonalnim tkanjem, gde vlakna" sa osom trake zaklapaju uglove od 450Ojaanje primenom karbonskih vlakana CFRP6Primer postupka ojaanja primenom monoaksijalnih, biaksijalnih i dijagonalnih karbonskih traka-tkaninaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRPMonoaksijalnoMonoaksijalnoBiaksijalnoDijagonalno47Nije potrebnaSredstva za pridravanjeSpecifina oprema pri primeni Niska Visoka Cena ugraivanja Visoka Niska CenaDovoljna Znaajna Otpornost prema zamoruLako Komplikovano Mogunost previjanjaSamo u odreenim pravcima U svim pravcima Pravac noenja Laka, fleksibilno Sloena, kruto Obrada, ponaanje Neograniena Ograniena DuinaNe postoji Postoji Mogunost korozijeVrlo mala Mala DebljinaVrlo visoka Visoka vrstoa pri zatezanjuMala Visoka Sopstvena teina Karbonske trake eline lamele KriterijumOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP8Karbonske trake se proizvode u praktino neogranienim duinamaTRAKE - LAMINATI imaju debljine do oko 2 mm i irine do 200 mmTRAKE - TKANINE imaju efektivne (neto) debljine do nekoliko desetih delova milimetra, dok su im irine najee 200 - 1000 mmOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP59> 0.45 > 1,2 > 1.7Granina deformacija pri lomu - kidanju(%)1300 2400 2800vrstoa pri zatezanju (MPa)300000 210000 165000Modul elastinosti (MPa)50 50-120 50-150 irina (mm)1.4 1.4 1.2 i 1.4 Debljina (mm)Sika CarboDur H Sika CarboDur M Sika CarboDur SOznaka trakeKarakteristikaOsnovne tehnike karakteristike traka-laminata(SIKA - vajcarska)Ojaanje primenom karbonskih vlakana CFRP10Ojaanje primenom karbonskih vlakana CFRPDijagrami napon dilatacija razliitih laminata: H, M, S611Osnovne tehnike karakteristike traka - tkanina(SINIT - Italija)300 300 irina (mm)0.176 0.117 Efektivna (neto) debljina (mm)1.7 1.7Specifina masa (gustina) vlakana (g/cm3)1.55 1.55Granina deformacija pri lomu -kidanju(%)3800 3800 vrstoa pri zatezanju (MPa)240000 240000 Modul elastinosti (MPa)300 200 Masa (g/m2)Monoaksijalna Monoaksijalna Tip trakeOznaka trake S&P Sheet 240 KarakteristikaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP12Uzorak trake-laminata pre i nakon ispitivanja na zatezanjeOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP713LEPLJENJE karbonskih traka za konstrukcijske elemente od betona izvodi se primenom odgovarajuih EPOKSIDNIH LEPKOVATi lepkovi predstavljaju proizvode koje zajedno sa trakama isporuuje proizvoa odreenih traka To podrazumeva da se uvek mora koristiti lepak kompatibilan sa odreenom trakom, a to se uvek definie i uslovljava od strane proizvoaa trake Ojaanje primenom karbonskih vlakana CFRP14Ojaanje greda lamelama i izvoenjeOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP815Primer mogunosti ojaanja razliitih elemenata armiranobetonske konstrukcijezidgredaotvorpodstubtavanicaZid od opekeOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP16Ojaanje greda u polju i kod oslonacaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP917Lepljenje traka - tkanina za prijem kosih glavnih napona zatezanjaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP18Lamele L oblika za prijem kosih glavnih napona zatezanja: zone ankerovanja i prevojaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP1019Nosa T preseka sa podunim i poprenim ojaanjima u vidu zalepljenih traka - laminata L oblikaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP20Lepljenje traka za prijem kosih glavnih napona zatezanjaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP1121Ojaanje ploe lepljenjem traka sa donje straneOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP22Izvoenje ojaanja armiranobetonske ploe primenom traka - laminataOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP1223Ojaanje ploe lepljenjem traka iznad oslonca sa gornje strane ploeOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP24Lepljenje traka za povrine betonskih elemenata podrazumeva prethodnu pripremu tih povrina:one moraju da budu ravne ili blago talasaste -orapavljene peskarenjem ili bruenjemPovrinska vlanost betona pri lepljenju karbonskih traka moe da iznosi najvie 4%Radovi na lepljenju smeju se izvoditi samo natemperaturama> 100COjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP1325Pri primeni karbonskih traka postoji i uslov da se one mogu lepiti samo za betonske elementedovoljno visokih mehanikih karakteristikaTo znai da se apliciranje traka moe izvoditi samo na betonskim podlogama koje e obezbediti zadovoljavajui stepen athezije (prianjanja) izmeu betona i lepka u toku eksploatacije posle ojaanjaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP26Ispitivanje athezije beton-lepak metodom "otkidanja" zalepljenog "peata"Ojaanje primenom karbonskih vlakana CFRP1427Uslovi u pogledu podobnosti betona za lepljenje karbonskih traka:fat> 1.5 MPa kada se primenjuju trake -laminatifat> 1.0 MPa kada se primenjuju tkanineOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP28Osnove prorauna Dimenzionisanje se zasniva na konceptu sigurnosti u odnosu na granina stanjaDimenzionisanje prema graninim stanjima(LS) podrazumeva sledee kontrole: 1. graninog stanja upotrebljivosti (SLS),2. graninog stanja nosivosti (ULS),3. neoekivanih (sluajnih) situacija - udar, poar, vandalizamOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP1529Granino stanje upotrebljivosti-SLSOsnove prorauna proraun se sprovodi linearno - elastinom analizom Za stanje eksploatacije (posle izvrene sanacije) zahteva se ogranienje napona u betonu, eliku i karbonskim trakama: c 0.45 fckza kvazi stalno optereenje c 0.6 fck za retke kombinacije optereenja s 0.8 fyk za retke kombinacije optereenja f ffkza kvazi stalna optereenje (=0.8 za CFRP, =0.5 za AFRP, =0.3 za GFRP) 30 Poetna situacija pre ojaanja (moment M0)Presek optereen na savijanje neposredno pre ojaanja: geometrija i raspodela dilatacijaGranino stanje upotrebljivosti1631Poloaj neutralne linije preseka sa prslinom (M0 Mcr):Dilatacija pritisnute ivice betona je za M0 Mcr Ic0= I02, pa je momenat inercije preseka sa prslinom:poetna dilatacija zategnute ivice je:( ) ( ) ( )20 s s2 0 2 s s1 01bx 1A x d A d x2+ 0 0c0c c0MxEI ( ) ( ) ( )32 2002 s s2 0 2 s s1 0bxI 1A x d A d x3 + + 00 c00h xx Granino stanje upotrebljivosti32 Stanje eksploatacije posle ojaanjaPresek sa prslinom optereen na savijanje posle ojaanja: geometrija, dilatacije i unutranje sileGranino stanje upotrebljivosti1733( ) ( ) ( )2e s s2 e 2 s s1 e0f f ec1bx 1A x d A d x2A h 1 x+ + 1 _ + + 1 , ] Poloaj neutralne linije (teina linija aktivnog preseka), gde je: f= Ef / EcNapon u betonu na pritisnutoj ivici preseka( )( )( )( )( )kc c ce 2 e ee s s2 2 s s1e eMEx d d x x 1bx h 1 A h d A h d2 3 x x _ + ,Granino stanje upotrebljivosti34 Sa uproenjima (As2 0ih/d 1.1) sledi:odnosno,pa je napon u armaturi:i napon u FRP:kc c ceeMEx 1bx 1.05d2 3 _ ,0 0 ec k 0M xM xes s c yked xE 0.80fx ef f c 0 fkeh xE fx _ ,Granino stanje upotrebljivosti1835Ojaani AB element mora dostii granino stanje loma na duktilan nain, dakle, bez loma po betonu, loma po CFRP i bez loma na vezi: ogranienje visine pritisnute zone betona na: x/d 0.45 za beton kvaliteta C35/45 i nieg x/d 0.35 za beton vieg kvaliteta od C35/45 ogranienje dilatacije pri lomu vlakana FRP: fu,c 5 za beton kvaliteta C35/45 i nieg fu,c 7 za beton vieg kvaliteta od C35/45Granino stanje nosivosti - ULS36Naini loma:1. Kada postoji puno sadejstvo betona i vlakana(FRP) lom nastaje kao: simultani, ili kao lom zatezanjem (zajedno elik i vlakna, ili pojedinaan lom), ili lom po pritisnutom betonu2. Kada je gubitak sadejstva betona i vlakana lom nastaje gubitkom veze na veoj duini elementa (peeling-off) i to: na samoj vezi betona i FRP (ali najee kroz beton), kao posledica pojave prslina od savijanja ili od smicanja kao posledica neravne povrine betona (valovitost povrine izaziva skretne sile na vezi betona i FRP)Granino stanje nosivosti1937 Naini loma ojaanog AB elementa (kada postoji puno sadejstvo betona i vlakana):Granino stanje nosivostiSimultani lomLom po eliku (i/ili FRP)Lom po betonu38 Naini loma ojaanog AB elementa (nastavak):Granino stanje nosivostiLom na mestu ankerovanja FRPLom nastao odvajanjem FRP na mestima prslinaLom smicanjem na kraju FRP2039Mehanizam loma gubitkom veze (peeling-off) izmeu betona i FRP, nastale usled:Pojave prslineNeravne povrine betonaGranino stanje nosivosti40Simultani lom betona i zategnute armature Poetna dilatacija u zat. betonu je 0 Nemakidanja vlakana FRP Granino stanje nosivostiPresek optereen na savijanje: geometrija, raspodela dilatacija i napona pri lomuOznake za vlakna FRP:bf- irinatf- debljinaEf- moduo el.f dilatacijaf= Ef / Ec2141Proraun poloaja neutralne ose gde se usvaja da su:i G=0.4dilatacija u zategnutoj armaturi je:dilatacija u vlaknima FRP:Granino stanje nosivosticd s2 s s2 s1 yd f fu f0.85 f bx A E A f AE + + 0.8 2s2 cux dx f cu 0h xx 42Proraunski granini moment nosivosti ojaanog presekaPri tome se moraju kontrolisati dilatacije u zategnutoj armaturi i u FRP vlaknima:Granino stanje nosivosti( ) ( )( )Rd s1 yd G f f f Gs2 s s2 G 2M A f d x AE h xA E x d + ++ yds1 cusfd xx E f cu 0 fudh xx 2243 Pre ojaanja odrediti raunske momente (za ULS i SLS) Za moment M0(pre ojaanja) odrediti poetnu dilataciju 0krajnjeg zategnutog betonskog vlakna, Odrediti potrebnu povrinu FRP sa punim graninim momentom Muposle ojaanja, Proveriti ugib za SLS; ako je prekoraen poveati povrinu FRP, Proveriti napone u pritisnutom betonu, eliku i FRP za SLS Proveriti prsline za SLS, Proveriti atheziju FRP i betona na kraju ankerovanja, Proveriti smicanjeRekapitulacija prorauna ojaanja44Dispozicija lamela kao ojaanje ploe u kojoj se izvode naknadni otvori za lift i postavljanje eskalatoraOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP2345Izvoenje ojaanja ploe sa donje strane lepljenjem karbonskih lamelaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP46Zatita karbonskih traka i lamela od dejstva poara za razliite protivpoarne otpornosti:(F 30 F 120 min)Ojaanje primenom karbonskih vlakana CFRP2447Oblaganje utezanje stubova tkaninom:kvadratnog i krunog presekaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP48Ojaavanje stubova krunog preseka karbonskim trakama - tkaninamaOjaanje primenom karbonskih vlakana CFRP