Installationsmetod att förbättra kvalitetskontrollen för Fiber förstärkt Polymer Spike ankare
Summary
Detta manuskript presenterar en metod för att kontrollera kvaliteten på installation för spike ankare för att fördröja delaminering av externt bundna glasfiberarmerad polymerer. Protokollet omfattar utarbetande av borrhålet och införingsproceduren. De mest inflytelserika parametrarna för ankare effektivitet diskuteras.
Abstract
Fiberförstärkt polymer (FRP) ankare är ett lovande sätt att förbättra prestanda för externt-bundna FRPs tillämpas på befintliga strukturer, som de kan fördröja eller förhindra även debonding misslyckande. En stor oro inför av designers är dock för tidigt misslyckandet med ankare på grund av stress koncentration. Dålig installation kvalitet och förberedelse av clearance hålen kan leda till stress koncentration som framkallar denna förtida fel. Denna uppsats behandlar en installationsmetod som syftar till att minska effekterna av stress koncentrationen och ger en ordentlig kvalitetskontroll av utarbetandet av borrhålet. Metoden består av tre delar: borrning och rengöring av hålen, utjämning av hål kanterna med en anpassad borr och installationen av ankaret själv, inklusive impregnering av ankare pluggen och dess införande. Ankaret fans (gratis längden av spikar) limmas sedan till externa FRP förstärkningen. Slutet ankringen, och när det gäller förstärkningar med flera plies rekommenderas det att ankare fläkten infogas mellan två plies att hjälpa mekanismen för stress-överföring.
Det föreslagna förfarandet kompletteras med en design strategi för spike ankare, baserat på en omfattande databas. Det föreslås att utformningen följa ett antal steg, nämligen: val av ankare diameter och efterföljande draghållfasthet av kontakten (det vill säga, ankaret innan fläkta ut den fria änden), utvärdering av minskningen av draghållfastheten beror på bockning, tillhandahållande av tillräcklig förankring att förhindra slirning misslyckande och övervägande av numret och avstånd av förankringar för en viss förstärkning. I denna mening bör det noteras att ytterligare forskning behövs för att få ett allmänt uttryck för bidrag av spike ankare till övergripande bindningsstyrka av FRP förstärkningar.
Introduction
FRP ankare erbjudandet ett lovande sätt att förbättra prestanda för externt bundna FRPs tillämpas på befintliga strukturer, med tanke på att de kan fördröja eller ens hindra debonding misslyckande1,2. Dock innebär ett stort problem för designers förtida fel i ankare i skjuvning på grund av stress koncentration i regionen bockning. Installation kvalitet och beredning av clearance hålen är avgörande för att begränsa denna stress-koncentration som provocerar sådan förtida fel.
Denna uppsats behandlar en installationsmetod som syftar till att minska effekterna av stress koncentrationen och ger en ordentlig kvalitetskontroll av utarbetandet av borrhålet och installationen av ankare. Metoden består av fyra delar: borrning och rengöring hålen, utjämning hål kanterna med en anpassad borr att undvika oegentligheter i stress-fördelning inom regionen bockning, installation av ankaret själv, inklusive impregnering av ankaret pluggen och dess införande, och vidhäftning av ankaret till förstärkningen.
Från tidigare publicerad forskning3,4,5,6,7, kan slutsatsen dras att spike ankare med en böjande region (det är att säga, med en viss vinkel mellan den fria änden och den inbäddade region), lider av stress koncentration som är benägna att provocera förtida fel. Detta kan inte alltid undvikas på grund av geometri av de ursprungliga medlemmarna. I många fall används i stort sett 90° pluggen vinklar, även om det är allmänt överens att 135° pluggen vinklar tillåta en minskning i stress koncentration och leda till bättre prestanda av spike ankare. De viktigaste skälen för användning av 90° pluggen vinklar är att de är enklare att köra och styra i någon riktning och att de minskar möjligheten att möta inre förstärkningar.
Figur 1 visar en typisk spike ankare med de vanligaste plugg vinklarna. Spike ankare installerad med 90° pluggen kan, dock visar en relativt god prestanda ordentlig kontroll av stress koncentrationen som anges. Att begränsa stress koncentration generellt innebär att utforma ankare med en stor inre bockningsradie, som den inre böjradie har visat sig spela en viktig roll i fiber veck8,9. I denna mening, författare såsom Orton o.a. 3 föreslår att en böjradie fyra gånger ankare diameter bör användas. Denna rekommendation resulterar i opraktiskt bockning radier, även för små ankare diametrar, som ökar böjradie innebär minskar den faktiska ingjutning längden för en given håldjupet.
Författarna tror att rekommendation av stor böjradie är relaterad till svårigheten att kontrollera den verkliga inre bockningsradie, från en geometrisk synvinkel, när utjämning sker för hand. En anpassad borr har utformats som tillåter en enkel kvalitetskontroll av installationen och säkerställer att böjradie anses i utformningen på ett följaktligen.
Två olika processer betraktas i papperet. Ena är relaterad till installationsproceduren för anslutningar (ankare, speciellt innan fläkta ut den fria änden), medan andra innehåller den föreslagna metoden för design med spike ankare och kontroll behov.
Protocol
Representative Results
Discussion
En steg för steg-protokollet för installation och design av FRP spike ankare presenteras. Till bäst av författarnas kunskap, har inga detaljerade protokoll på spike ankare utvecklats angående effekten av installationsparametrar och processen på ankare kapacitet.
Den föreslagna utslätande borren är fördelaktigt i utförandet av spike ankare, genom att minska stress koncentrationen, och har visat sin effektivitet i att minska scatteren av de tester som utförs på isolerade ankare. De…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill uttrycka sin tacksamhet till Sika SAU för deras stöd och särskilt för sin leverans av material för ankare och förstärkningar. Betazul är särskilt erkänt för deras hjälp med anpassade borrkronan och med utarbetandet av videon.
Materials
| Concrete | The concrete for support has a dosage made by the authors, and a strength class no lower than C40 | ||
| SikaWrap anchor C | SIKA | This material has been used for the FRP spike anchors. SikaWrap Anchor C is a unidirectional, carbon fiber rope, sheathed in an elastic gauze. The gauze can be cut onsite to create a fan end that anchors CFRP fabrics and plates used in the structural strengthening of masonry and concrete. | |
| Sikadur 330 | SIKA | Impregnating resin, apt for manual saturation methods. The product was used for impregnating the anchor dowel before insertion | |
| Sikadur 30 | SIKA | Thixotropic, two part epoxy resin applied by spatula and therefore suitable for virtually any application, including overhead | |
| Drill bit | Betazul | Drill bit employed to smooth the holes that was designed by the authors and developed by Betazul SA | |
| Hammer drill | Hilti | Tool for the execution of anchor holes on masonry and concrete, for different drilling ranges | |
| Wire brush | Hilti | Hit series | For the proper brushing of drilled holes of varying diameters and embedment depths |
| Blow-out pump | Hilti | Hit series | Manual blow-out pump |
| SikaWrap-230 C | SIKA | Unidirectional woven carbon fiber fabric for dry application process | |
| Aluminium Bubble Roller | Fibre glast | For laminations where increased pressure is necessary to release air bubbles. They are straight across the width of the head and provide excellent air relief for nearly all applications. | |
| Brush | For impregnation of FRP bundle and sheet | ||
| 600 kN testing machine | Proeti | DI-CP/S | This is used for the shear test of anchors, in order to evaluate the efficacy of the proposed insertion method |
| Cable ties | Cable ties are needed to fasten the end of the anchor dowel in order to prevent fanning out of the fibers during insertion | ||
| Measuring tape | The measuring tape is necessary to control the embedment length as well as the diameter of the drill bit and hole clearance | ||
| Steel wire | Required to assist insertion | ||
| Rigid (steel) bar | A rigid bar of any material (in this case, it was made with a steel bar) is needed to control the embedment length |
References
- Grelle, S., Sneed, L. An evaluation of anchorage systems for fiber-reinforced polymer (FRP) laminates bonded to reinforced concrete elements. Struct Cong. , 1157-1168 (2011).
- Kalfat, R., Al-Mahaidi, R., Smith, S. Anchorage devices used to improve the performance of reinforced concrete beams retrofitted with FRP composites: State-of-the-art review. J Compos Constr. , 14-33 (2013).
- Orton, S. L., Jirsa, J. O., Bayrak, O. Design considerations of carbon fibre anchors. J Compos Constr. 12 (6), 608-616 (2008).
- Ozbakkaloglu, T., Saatcioglu, M. Tensile behavior of FRP anchors in concrete. J Compos Constr. 13 (2), 82-92 (2009).
- Zhang, H. W., Smith, S. T. Influence of FRP anchor fan configuration and dowel angle on anchoring FRP plates. Compos Part B: Eng. 43 (8), 3516-3527 (2012).
- Koutas, L., Triantafillou, T. Use of anchors in shear strengthening of reinforced concrete T-beams with FRP. J Compos Constr. 17 (1), 101-107 (2012).
- Villanueva-Llauradó, P., Fernández-Gómez, J., González-Ramos, F. J. Influence of geometrical and installation parameters on performance of CFRP anchors. Compos Struct. 176, 105-116 (2017).
- Machida, A. Recommendation for design and construction of concrete structures using continuous fiber reinforcing materials. Japan Society of Civil Engineers (JSCE). , (1997).
- Lee, C., Ko, M., Lee, Y. Bend strength of complete closed-type carbon fiber reinforced polymer stirrups with rectangular section. J Compos Constr. 18 (1), 04013022 (2013).
- . . Qualification of post-installed adhesive anchors in concrete and commentary. , 4-11 (2011).
- . . Metal anchors for use in concrete. Part 5: Bonded Anchors. , (2013).
- . . Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. , (2008).
- . . Design Guidance for Strengthening Concrete Structures Using Fibre Reinforced Composite Materials. , (2012).
- Villanueva-Llauradó, P., Ibell, T., Fernández-Gómez, J., González-Ramos, F. J. Pull-out and shear-strength models for FRP spike anchors. Compos B Eng. 116, 239-252 (2017).
- Kim, S., Smith, S. Pullout strength models for FRP anchors in uncracked concrete. J Compos Constr. 14 (4), 406-414 (2010).
- Cook, R. A., Konz, R. C. Factors influencing bond strength of adhesive anchors. ACI Struct J. 98 (1), 76-86 (2001).
- . . Standard test method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. , (2014).
- Chen, J., Teng, J. Anchorage strength models for FRP and steel plates bonded to concrete. J Struct Eng. 127 (7), 784-791 (2001).
- Lu, X. Z., Teng, J. G., Ye, L. P., Jiang, J. J. Bond-slip models for FRP and steel plates bonded to concrete. Eng Struct. 27 (6), 920-927 (2005).
- Brena, S. F., McGuirk, G. N. Advances on the behavior characterization of FRPanchored carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets used to strengthen concrete elements. Int J Concr Struct Mater. 7 (1), 3-16 (2013).
- Eshwar, N., Nanni, A., Ibell, T. J. Performance of two anchor systems of externally bonded fiber-reinforced polymer laminates. ACI Mater J. 105 (1), 72-80 (2008).
- Zhang, H. W., Smith, S. T., Kim, S. J. Optimisation of carbon and glass FRP anchor design. Constr Build Mater. 32, 1-12 (2012).
- Zhang, H. W., Smith, S. T. FRP-to-concrete joint assemblages anchored with multiple FRP anchors. Compos Struct. 94 (2), 403-414 (2012).
