Ce manuscrit présente une méthode pour contrôler la qualité de l’installation de piquets d’ancrage conçu pour retarder le délaminage des polymères renforcés de fibres extérieurement sous douane. Le protocole inclut la préparation de l’alésage et le processus d’insertion. Les auteurs discutent les paramètres influents sur l’efficacité des ancres.
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Article de méthode
Méthode d’installation afin d’améliorer le contrôle de la qualité des fibre renforcé polymère piquets d’ancrage
Dans cet article
Résumé
Résumé
Renforcé de fibres polymères (FRP) ancres sont une voie prometteuse pour améliorer la performance des PRF cautionné extérieurement appliquées aux structures existantes, comme ils peuvent retarder ou même prévenir une défaillance brackets. Cependant, une préoccupation majeure auxquels sont confrontée les concepteurs est la défaillance prématurée des ancres en raison de la concentration de contrainte. Qualité mauvaise installation et préparation des trous de passage de la concentration de contrainte qui provoque cet échec prématuré peuvent entraîner. Cet article traite d’une méthode d’installation qui vise à réduire l’impact de la concentration de contrainte et de fournir un bon contrôle de la qualité de la préparation de l’alésage. La méthode comporte trois parties : le forage et nettoyage des trous, le lissage des bords trou avec une mèche sur mesure et l’installation de l’ancre elle-même, y compris l’imprégnation de la cheville d’ancrage et de son insertion. Fans d’ancrage (la longueur libre de l’épis) sont ensuite collés au renforcement PRF externe. Pour l’ancrage de la fin et dans le cas des renforts avec plis multiples, il est recommandé d’insérer le ventilateur de l’ancre entre deux plis pour aider le mécanisme de transfert de stress.
La procédure proposée est complétée par une approche de conception pour les piquets d’ancrage, basé sur une vaste base de données. Il est proposé que la conception suivre un certain nombre de mesures, à savoir : choix du diamètre de l’ancre et ultérieures à la traction du connecteur (c'est-à-dire, l’ancre avant fanning sur l’extrémité libre), évaluation de la réduction de la résistance à la traction due à flexion, fourniture d’un enfoncement suffisant pour prévenir une défaillance de glissement et examen du nombre et l’espacement des points d’ancrage pour un renfort donné. En ce sens, il est à noter que des recherches complémentaires sont nécessaires afin d’obtenir une expression générale pour la contribution de piquets d’ancrage à l’adhérence globale de renforcements en PRF.
Introduction
FRP ancre offre une voie prometteuse pour améliorer la performance de l’extérieur collés PRF appliquées aux structures existantes, étant donnés qu’ils peuvent retarder ou même prévenir les brackets échec1,2. Cependant, une préoccupation majeure pour les concepteurs entraîne la défaillance prématurée des ancres en cisaillement dû à la concentration de contrainte dans la région de flexion. Qualité de l’installation et préparation des trous de dégagement sont cruciaux pour limiter cette concentration de contrainte qui provoque une telle défaillance prématurée.
Cet article traite d’une méthode d’installation qui vise à réduire l’impact de la concentration de contrainte et de fournir un bon contrôle de la qualité de préparer le trou de forage et l’installation des ancres. La méthode comporte quatre parties : forage et nettoyer les trous, lisser les bords du trou avec une mèche sur mesure afin d’éviter des irrégularités dans la distribution des contraintes dans la région de flexion, installation de l’ancre elle-même, y compris l’imprégnation des le goujon d’ancrage et son insertion et adhérence de l’ancrage à l’armature.
De recherche déjà publiés3,4,5,6,7, on peut conclure que spike ancres avec une flexion de la région (c’est à dire, avec un certain angle entre l’extrémité libre et la région embarquée), souffrent de concentration des contraintes susceptibles de provoquer une défaillance prématurée. Cela ne peut pas toujours être évité en raison de la géométrie des membres fondateurs. Dans de nombreux cas, angles de 90° cheville sont largement employés, même s’il est généralement convenu que 135° goujon angles permettent une diminution dans la concentration de contrainte et les conduisent à meilleures performances de piquets d’ancrage. Les principales raisons de l’utilisation des angles de 90° cheville sont qu’ils sont plus simples à exécuter et contrôler dans toutes les directions et qu’ils réduisent la possibilité de rencontrer les renforts internes.
La figure 1 montre une ancre spike typique avec des angles de cheville plus courantes. Piquets d’ancrage installés avec des angles de 90° goujon peuvent, néanmoins, présenter une performance relativement bonne si un contrôle adéquat de la concentration de contrainte est fourni. Limiter la concentration des contraintes généralement consiste à concevoir les ancres avec un intérieur de grand rayon, de courbure comme le rayon de courbure intérieur a été trouvé à jouer un rôle majeur dans la fibre coudure8,9. En ce sens, les auteurs tels que Orton et al. 3 suggèrent d’utiliser un rayon de courbure minimal de quatre fois le diamètre de l’ancre. Cela entraîne recommandation impraticable courbure, même pour des diamètres de petite ancre, que l’augmentation du rayon de cintrage consiste à diminuer la longueur d’enfoncement réel pour une profondeur de trou donné.
Les auteurs croient que la recommandation du grand rayon de courbure est liée à la difficulté de contrôler l’intérieur véritable petit rayon de courbure, d’un point de vue géométrique, lorsque le lissage se fait à la main. Un foret personnalisée a été dès lors pour objectif qui permet à un simple contrôle de la qualité de l’installation et assure que le rayon de courbure est prise en compte dans la conception.
Deux processus différents sont considérés comme dans le livre. L’une est liée à la procédure d’installation pour les connecteurs (ancres, surtout avant fanning sur l’extrémité libre), tandis que le second comprend la méthode proposée pour la conception avec piquets d’ancrage et de la vérification a besoin.
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Protocole
1. méthode d’Installation ancre
Remarque : Cette méthode inclut le trou de forage, nettoyage et le lissage de la bord du trou, ainsi que l’imprégnation et l’insertion de l’ancrage.
- Percer le trou à la longueur requise un enfoncement et le diamètre spécifié.
- Utilisez un outil de forage approprié (c'est-à-dire, électrique marteau ou diamond core). Des structures en béton, les critères de sélection des outils de forage sont les mêmes que les ancres adhésifs et se trouve dans l’ouvrage déjà publié10,11. Pour un marteau électrique, percer avec une vitesse maximale de 800 tr/min.
- Fournir une garde au trou (c.-à-d., la différence entre le diamètre du foret et celle du connecteur) de pas moins de 4 mm. En outre, il est recommandé que cette différence 8-10 mm. Cela facilite le lissage du trou et permet la flexion de la cheville à l’intérieur de la perceuse.
NOTE : Il convient de noter que fibre commerciale cordes ont des diamètres nominaux (lorsqu’il est imprégné) allant de 10 à 12 mm. Les ancres affichées dans le protocole filmé étaient faites de cordes de fibres ayant un diamètre nominal de 12 mm.
- Fournir une garde au trou (c.-à-d., la différence entre le diamètre du foret et celle du connecteur) de pas moins de 4 mm. En outre, il est recommandé que cette différence 8-10 mm. Cela facilite le lissage du trou et permet la flexion de la cheville à l’intérieur de la perceuse.
- Utilisez un outil de forage approprié (c'est-à-dire, électrique marteau ou diamond core). Des structures en béton, les critères de sélection des outils de forage sont les mêmes que les ancres adhésifs et se trouve dans l’ouvrage déjà publié10,11. Pour un marteau électrique, percer avec une vitesse maximale de 800 tr/min.
- Contrôler la longueur d’ancrage et lisser le trou. Contrôle de longueur est extrêmement important, comme ancre performance est extrêmement sensible à la longueur. Longueurs d’encastrement allant de 75 à 150 mm sont recommandés.
- Pour effectuer le contrôle de la longueur, insérez une barre rigide dans le trou de forage et comparer la longueur totale de la barre et la longueur qui reste hors du trou lorsqu’il est inséré avec un ruban à mesurer.
- Utiliser une pompe à main de poire soufflante, une fois le forage terminé, pour effectuer un premier dépoussiérage. Suivez les instructions du fabricant de la pompe. Souffler dans pas moins de deux fois pour le premier dépoussiérage.
- Lisser le trou avec un outil rotatif, non-percussion. Voir la Figure 2 pour plus de détails du foret sur mesure. Une mèche comme celle proposée peut être facilement adaptée à la plupart des marteaux électriques. Réfrigérer le substrat en permanence avec de l’eau tout en travaillant. Le lissage est complète lorsque aucun des arêtes vives apparaissent, et la partie supérieure du foret touche la surface du béton.
- Nettoyer le trou avec une combinaison de soufflage et brossage des cycles, il est crucial d’atteindre la plus haute adhérence. Le processus de nettoyage est similaire pour PRF crampons et ancrages adhésifs. Il est recommandé d’effectuer au moins deux cycles de nettoyage. Veuillez consulter les lignes directrices10 pour obtenir des recommandations supplémentaires sur le processus de nettoyage et suivez toujours les recommandations du fabricant, si d’autres outils de nettoyage sont utilisés.
- Toujours coup avant et après le brossage. Par conséquent, chaque cycle de brossage mécanique comporte deux blowings et un brossage.
- Coup de l’intérieur vers l’ouverture du trou afin d’éliminer les particules libres à l’intérieur du trou foré. Il existe deux façons de soufflage. Si l’ancre est installée sur le béton sec, soufflant peut être fait avec une pompe manuelle d’éclater. S’il est installé sur béton humide, soufflant doit se faire avec de l’air sous pression (pression maximale de 10 bar).
Remarque : Le protocole a été élaboré pour les supports secs, même si elle pourrait être adaptée aux condition humide. Il est à noter que la technique de lissage consiste à hydrater le substrat. Donc, le grade résultant de l’humidité dépendra des conditions environnementales et sur le temps écoulé entre le lissage de l’orifice et l’insertion du connecteur. La condition du soutien sec est définie pour une humidité relative inférieure à 5 %, qui correspond normalement à des conditions normales de séchage de plusieurs jours. Dans le cas de structures en béton, les trous peuvent être considérés secs lorsque 24 heures se sont écoulés entre la lisser le bord du trou et l’insertion de l’ancrage. Une condition humide se réfère à près de 100 % d’humidité relative, ce qui correspond généralement aux structures maritimes. - Utilisez une brosse à la brosse radialement le trou. Le diamètre de la brosse doit être égale ou jusqu'à 20 mm supérieur au diamètre du foret. Choisir le diamètre de la brosse pour être aussi proche que possible de celle du trou, afin de permettre de frottement égal autour de la section du trou.
- Installer les ancrages immédiatement après le nettoyage. Si ce n’est pas possible (si l’ancre n’est pas insérée dans 1 h de nettoyage), effectuer un cycle de nettoyage supplémentaire avant d’insérer les chevilles. Ce dernier cycle de nettoyage est particulièrement critique pour les ancres horizontales et trous sur le dessus du substrat.
- Préparer et installer les ancrages. Il s’agit de trois processus différents.
- Couper le faisceau de fibres ou de corde à la longueur voulue. La longueur de l’ancrage doit être égale à la longueur d’enfoncement (ou longueur de la cheville) plus la longueur du ventilateur d’ancrage.
- Imprégner le goujon d’ancrage avec époxy à faible viscosité avec une brosse souple. Toujours respecter la vie en pot de la résine, selon le fabricant. Environ 150 g de résine par ancre sont nécessaires. Imprégnation nécessite fanning partiellement sur le faisceau de fibres pour maximiser la pénétration de la résine.
- Imprègnent toujours vers la fin du connecteur pour éviter de plier les fibres. Retenir la région flexion pour empêcher le glissement de quelques fibres du groupe et d’empêcher l’extrémité libre de se sont déployées dans cette étape.
- Fixez l’extrémité imprégnée avec un attache-câbles immédiatement après l’imprégnation. Ensuite, insérez la cheville d’ancrage. Aider à l’insertion avec un fil qui pousse l’attache de câble, afin de garantir que les fibres réellement atteint la longueur d’enfoncement nécessaire.
- Connectez le renforcement à l’ancre afin d’assurer un mécanisme de transfert correct pour le connecteur. Ce protocole a été élaboré et est en outre expliqué pour l’ancrage de la fin des multiples implicites collé extérieurement de renforcements en PRF. Voir la Figure 3 pour une explication graphique du processus.
- Appliquer la première couche du renfort avant l’insertion de l’ancrage (mais toujours après la préparation et le nettoyage du trou), tel qu’illustré en Figure 3. Vous pouvez également utiliser un premier pli plus court que ceux qui ont adhéré sur le ventilateur de l’ancre, pour permettre l’insertion de l’ancre avant d’appliquer la première couche du renforcement.
- Fournir fin d’ancrage lorsque le décollement de plaque frontale (ou délaminage) devrait se produire. Pour l’application humide du renforcement externe, toujours préparer la surface du substrat selon les normes en vigueur ou les directives12,13.
Remarque : Les fans d’ancrage doivent être collées en pleinement au renforcement, que ce lien s’accumuleront le mécanisme de transfert de stress. Dans le cas de renforcements en PRF de plusieurs couches et de fin à anchorage, installation ventilateur ancre entre deux plis est recommandée. Ceci élimine le besoin de percer le stratifié avec l’ancre et éviter d’endommager le renforcement. A ce jour, aucune longueur minimale ventilateur n’a été déterminé dans la littérature. Les auteurs recommandent que les longueurs de fan de pas moins de 50 mm servir. - Appliquer la résine d’époxy à la fois le renfort PRF externe et le ventilateur de l’ancre. La résine peut être appliquée avec un rouleau ou une brosse. Utiliser la résine pour coller le renfort PRF externe au substrat et le ventilateur de l’ancre à l’armature externe. Tenez compte de la vie en pot de la résine, selon le fabricant.
- Prévenir l’émergence de vides d’air entre les plis de l’armature à l’aide d’un rouleau de bulle qui permet à air soulagement après l’imprégnation de chaque couche (y compris le ventilateur de l’ancre).
Remarque : Pour le développement du protocole, une résine avec une vie en pot de 90 min à 20 ° C a été employée.
- Prévenir l’émergence de vides d’air entre les plis de l’armature à l’aide d’un rouleau de bulle qui permet à air soulagement après l’imprégnation de chaque couche (y compris le ventilateur de l’ancre).
2. conception avec piquets d’ancrage
Remarque : La méthode de calcul est expliquée ici pour les ancres de ventilateur, mais des procédures similaires pourraient être suivies pour les dispositifs d’ancrage différent. Cette méthode consiste à l’évaluation de la capacité d’ancrage, adhérence et la contribution des éléments d’ancrage à la résistance globale du membre renforcée.
-
Évaluer la capacité de l’ancre. Cela dépend surtout si l’ancre est soumise à traction ou de forces de cisaillement. Dans les cas plus fréquents avec des angles de cheville inférieure à 180° (demandes de cisaillement), l’angle de la cheville va limiter l’efficacité du connecteur en raison de la concentration de contrainte dans la région du coude. Contrôler la force de pliage en suivant la méthode d’installation présentée ci-dessus.
- Exprimer la capacité d’ancrage d’une fraction de sa résistance à la traction. La capacité de conception pour l’ancre sera au minimum de ce qui suit : la force du cône béton, adhérence (calculée comme dans n’importe quel post installé ancre en béton10), plier force et résistance à la traction, avec un coefficient de sécurité. Cela se traduit par une capacité théorique de la () ancres. Dans Villanueva Llauradó et al. 14, expressions pour tous les modes de défaillance prévisible des piquets d’ancrage sont discutés.
- Estimer la force de cône béton avec une expression comme celle de Kim et Smith15 afin d’éviter l’échec de cône béton. La force de cône béton n’est critique pour les ancres extrêmement faible, et, en général, il peut être négligé pour les ancres avec des longueurs d’un enfoncement supérieurs à 75 mm.
- Calculer la force de liaison de la cheville d’ancrage. Cela peut être exécuté avec les expressions générales pour les ancres après installation des codes et lignes directrices de conception. Selon ces expressions, l’adhérence dépend de ce qui suit : la résistance à la traction du béton, le diamètre de l’alésage et l’encastrement longueur15,16. Adopter une valeur pour la moyenne au cisaillement à l’interface béton-à-résine allant de 8 à 15 MPa lorsque la résine époxyde est utilisée.
- Estimer la réduction de résistance due à la flexion. Cela dépend surtout de l’intérieur cintrage rayon, conformément à l’expression fournie par JSCE8, qui a été largement adopté pour les armatures internes de FRP. Toutefois, des essais complémentaires sur ancres isolés est recommandé afin d’évaluer la force véritable tel que construit des connecteurs dans une configuration géométrique donnée. Ce test doit être effectué avec des essais de cisaillement et ancres installés suivant la procédure proposée dans cet article.
- Calculer la résistance à la traction de l’ancre avec la fraction des fibres dans le blindée des connecteurs et la résistance à la traction de la fibre. Pour les câbles de fibre, les fabricants spécifient généralement la résistance à la traction du connecteur imprégné, qui pourrait être adoptée pour la conception avec un facteur de réduction suffisante (à partir de 1,25 à 1,5). Faisceaux de fibres des ancres faites à la main, tests de coupon plat doivent être évaluées comme ASTM normes17.
- Calculer l’adhérence de renforts sans ancrage avec n’importe quelle expression de codes internationaux ou dérivées des modèles analytiques tels que ceux fournis dans les références18,19. Alternativement, on peuvent effectuer des essais de cisaillement simple ou double sur des échantillons collés, sans ancrage. La valeur de conception d’adhérence (Pdb, d) doit être utilisée dans les calculs de plus.
- Estimer les effectifs à la suite de l’adhérence de la capacité de renforcement et d’ancrage, des renforts avec un ancrage. Cette hypothèse peut être acceptée, selon les données existantes, lorsque le ventilateur ancre recouvre complètement la largeur de la FRP, qui est cohérente avec les résultats par des auteurs en comparant les performances des spécimens ancré servile et non collées20, 21. Calculer la force de la conception de mouillage en matière plastique renforcée avec un ancrage à spike avec l’équation suivante :
Pd = Pdb, d + Panc, d (1) - Pour plusieurs ancres, déterminer l’efficacité de l’ancre et de la contribution en fonction de l’arrangement des ancres (nombre de plis et de lignes, espacement d’ancrage). S’il vous plaît tester l’arrangement désiré afin d’évaluer la réduction de l’efficacité grâce à multiples points d’ancrage et exprimer la force de la conception de l’articulation ancrée (P,d) comme suit :
Pd = Pdb, d + y' • n • Panc, d (2)
Obtenir le coefficient y' de tests avec chaque arrangement spécifique du projet, étant donné le nombre de piquets d’ancrage, comme les références20,23. Comme alternative à l’expérimentation, examiner l’efficacité y' comme l’avait suggéré dans les approches de ces tests dans ces mêmes publications20,23.
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Résultats
Des tests ont été effectués sur des connecteurs isolés afin d’évaluer l’efficacité de la méthode de lissage. En outre, deux méthodes d’imprégnation et l’insertion des connecteurs ont été comparés. La méthode humide implique les ancres immédiatement avant l’insertion, comme dans le protocole présenté d’imprégnation. La méthode durcie (ou pré-imprégné) composait de l’imprégnation de la région embarquée des ancres à l’avance, au moins 24h avant l’insertion.
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Discussion
Un protocole étape par étape pour l’installation et la conception de piquets d’ancrage en matière plastique renforcée est présenté. Au meilleur de la connaissance des auteurs, aucun des protocoles détaillés sur les piquets d’ancrage n’ont été développées au sujet de l’effet des paramètres d’installation et de processus sur la capacité de l’ancre.
La foret de lissage proposée est bénéfique dans l’exercice de piquets d’ancrage, au moyen de réduire la concentration de contrainte et a prouvé son e...
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Remerciements
Les auteurs tiennent à exprimer leur gratitude au Sika SAU pour leur soutien et, en particulier pour leur approvisionnement du matériel pour les ancrages et les renforts. Betazul est surtout reconnu pour leur aide avec la mèche sur mesure et à la préparation de la vidéo.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Béton | Le béton de support a un dosage effectué par les auteurs, et une classe de résistance non inférieure à C40 | ||
| Ancrage SikaWrap C | SIKA | Ce matériau a été utilisé pour les ancrages à pointes en PRF. SikaWrap Anchor C est une corde unidirectionnelle en fibre de carbone, gainée d’une gaze élastique. La gaze peut être coupée sur place pour créer une extrémité en éventail qui ancre les tissus et les plaques CFRP utilisés dans le renforcement structurel de la maçonnerie et du béton. | |
| Sikadur 330 | SIKA | Résine d’imprégnation, adaptée aux méthodes de saturation manuelles. Le produit a été utilisé pour imprégner la cheville d’ancrage avant l’insertion | |
| Sikadur 30 | SIKA | Thixotrope, résine époxy en deux parties appliquée à la spatule et donc adaptée à pratiquement toutes les applications, y compris | |
| foret | Betazul | Mèche utilisée pour lisser les trous qui a été conçue par les auteurs et développée par Betazul SA | |
| Perceuse à percussion | Hilti | Outil pour l’exécution de trous d’ancrage sur la maçonnerie et le béton, pour différentes plages de forage | |
| Brosse métallique | Hilti | Hit series | Pour le brossage correct de trous percés de différents diamètres et profondeurs d’encastrement |
| Pompe de soufflage | Hilti | Hit série | Pompe de soufflage manuelle ; |
| SikaWrap-230 C | SIKA | Tissu en fibre de carbone tissé unidirectionnel pour le processus d’application à sec | |
| Aluminium Bubble Roller | Fibre glast | Pour les laminages où une pression accrue est nécessaire pour libérer les bulles d’air. Ils sont droits sur toute la largeur de la tête et offrent une excellente évacuation de l’air pour presque toutes les applications. | |
| Brosse | Pour l’imprégnation des faisceaux et des feuilles de PRF | ||
| Machine d’essai 600 kN | Proeti | DI-CP/S | Ceci est utilisé pour l’essai de cisaillement des ancrages, afin d’évaluer l’efficacité de la méthode d’insertion proposée |
| Colliers de serrage Des | colliers de serrage sont nécessaires pour fixer l’extrémité de la cheville d’ancrage afin d’éviter l’étalement des fibres lors de l’insertion | ||
| Ruban | à mesurer | Le ruban à mesurer est nécessaire pour contrôler la longueur de l’ancrage ainsi que le diamètre du foret et le dégagement du trou | |
| Fil d’acier Nécessaire | pour faciliter l’insertion | ||
| rigide (en acier) | Une barre rigide de n’importe quel matériau (dans ce cas, elle a été fabriquée avec une barre d’acier) est nécessaire pour contrôler la longueur de l’ancrage |
Références
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Réimpressions et autorisations
