Kotwice FRP oferują obiecujący sposób na zwiększenie wydajności zewnętrznie wiązanych FRP stosowanych do istniejących konstrukcji, biorąc pod uwagę, że mogą opóźnić lub nawet zapobiec awarii debondingu1,2. Jednak głównym problemem dla projektantów jest przedwczesne uszkodzenie kotew przy ścinaniu z powodu koncentracji naprężeń w obszarze gięcia. Jakość montażu i przygotowanie otworów przelotowych mają kluczowe znaczenie dla ograniczenia koncentracji naprężeń, które powodują tak przedwczesne awarie.
Ten artykuł dotyczy metody instalacji, która ma na celu zmniejszenie wpływu koncentracji naprężeń i zapewnienie właściwej kontroli jakości przygotowania otworu wiertniczego i instalacji kotew. Metoda składa się z czterech części: wiercenia i czyszczenia otworów, wygładzania krawędzi otworów za pomocą niestandardowego wiertła w celu uniknięcia nieprawidłowości w rozkładzie naprężeń w obszarze gięcia, montażu samej kotwy, w tym impregnacji kołka kotwiącego i jego włożenia oraz przylegania kotwy do zbrojenia.
Z wcześniej opublikowanych badań3,4,5,6,7, można wywnioskować, że kotwy kolczaste z obszarem zginającym (to znaczy z pewnym kątem między swobodnym końcem a osadzonym obszarem) są narażone na koncentrację naprężeń, która może spowodować przedwczesne uszkodzenie. Nie zawsze da się tego uniknąć ze względu na geometrię pierwotnych prętów. W wielu przypadkach kąty kołków 90° są szeroko stosowane, chociaż ogólnie przyjmuje się, że kąty kołków 135° pozwalają na zmniejszenie koncentracji naprężeń i prowadzą do lepszej wydajności kotew kolczastych. Głównymi powodami stosowania kątów rozporowych 90° jest to, że są one łatwiejsze do wykonania i kontrolowania w dowolnym kierunku oraz że zmniejszają możliwość napotkania wzmocnień wewnętrznych.
Rysunek 1 pokazuje typową kotwę z kolcami o najczęściej spotykanych kątach kołków. Kotwy kolczaste montowane pod kątem 90° mogą jednak wykazywać stosunkowo dobrą wydajność, jeśli zapewniona jest odpowiednia kontrola koncentracji naprężeń. Ograniczanie koncentracji naprężeń zazwyczaj wiąże się z zaprojektowaniem kotew o dużym wewnętrznym promieniu gięcia, ponieważ stwierdzono, że wewnętrzny promień gięcia odgrywa główną rolę w załamywaniu włókien8,9. W tym sensie autorzy tacy jak Orton i wsp.3 sugerują, że powinien być używany promień gięcia czterokrotny od średnicy kotwy. Zalecenie to powoduje, że promienie gięcia są niepraktyczne, nawet w przypadku kotew o małych średnicach, ponieważ zwiększenie promienia gięcia wiąże się ze zmniejszeniem rzeczywistej długości zakotwienia dla danej głębokości otworu.
Autorzy uważają, że zalecenie dużego promienia gięcia jest związane z trudnością kontrolowania rzeczywistego wewnętrznego promienia gięcia, z geometrycznego punktu widzenia, gdy wygładzanie odbywa się ręcznie. W związku z tym zaprojektowano wiertło dostosowane do potrzeb klienta, które umożliwia łatwą kontrolę jakości instalacji i zapewnia, że promień gięcia jest uwzględniony w projekcie.
W artykule rozważane są dwa różne procesy. Pierwsza z nich dotyczy procedury montażu łączników (kotew, zwłaszcza przed wyjęciem wolnego końca), natomiast druga obejmuje proponowaną metodę projektowania z kotwami kolczastymi oraz potrzeby weryfikacji.