Installationsmethode zur Verbesserung der Qualitätskontrolle für Faser verstärkt Polymer Spike Anker

Zusammenfassung

Dieses Manuskript stellt eine Methode zur Steuerung der Qualität der Installation für Spike Anker zur Delamination von extern geklebte Glasfaser verstärkte Polymere zu verzögern. Das Protokoll umfasst die Vorbereitung der die Bohrung und der Einfügevorgang. Die einflussreichsten Parameter auf die Effizienz der Anker werden diskutiert.

Zusammenfassung

Glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) Anker sind ein vielversprechender Ansatz zur Leistungssteigerung von außen verklebt FVK angewendet zu bestehenden Strukturen, wie sie können verzögern oder sogar debonding Scheitern verhindern. Allerdings ist ein wichtiges Anliegen von Designern konfrontiert den vorzeitigen Ausfall der Anker durch Spannungskonzentration. Falsche Installationsqualität und Zubereitung der die Durchgangslöcher können Spannungskonzentration führen, die dieser vorzeitigen Ausfall provoziert. Dieses Papier befasst sich mit eine Installationsmethode, die Verringerung der Auswirkungen der Spannungskonzentration und eine angemessene Kontrolle der Qualität der Vorbereitung der Bohrung zur Verfügung stellen soll. Die Methode besteht aus drei Teilen: das Bohren und Reinigung der Löcher, die Glättung der Kanten mit einem angepassten Bohrer und die Installation des Ankers, einschließlich die Imprägnierung der Anker Dübel und seine Einfügung Loch. Anker-Fans (die freie Länge der Spikes) werden dann die externe GfK-Bewehrung verbunden. Für die Ende-Ankerplatz und im Falle von Verstärkungen mit mehreren Lagen empfiehlt es sich, dass der Anker Lüfter zwischen zwei Lagen, die Stress-Transfermechanismus zu unterstützen eingefügt werden.

Das vorgeschlagene Verfahren wird ergänzt um einen Gestaltungsansatz für Spike Anker, basierend auf einer umfangreichen Datenbank. Es wird vorgeschlagen, dass das Design eine Reihe von Schritten, nämlich folgen: Auswahl der Anker Durchmesser und anschließende Zugfestigkeit des Steckers (d. h. den Anker vor, das freie Ende fanning), Bewertung der Reduzierung die Zugfestigkeit Biegen, Bereitstellung von genügend Einbettung, Schlupf Ausfall zu verhindern und Berücksichtigung der Anzahl und der Abstand der Anker für eine gegebene Verstärkung. In diesem Sinne ist anzumerken, dass weitere Forschung notwendig ist, um ein allgemeiner Ausdruck für den Beitrag von Spike Anker insgesamt Klebkraft des GFK-Verstärkungen zu erhalten.

Einleitung

FRP Anker Angebot ein vielversprechender Ansatz zur Verbesserung der Leistung von außen FVK auf bereits bestehende Strukturen verklebt, gegeben, um sie zu verzögern oder gar verhindern debonding Ausfall^1,2angewendet. Allerdings bringt ein wichtiges Anliegen für Designer den vorzeitigen Ausfall der Anker in Scherung durch Kerbwirkung im Bereich biegen. Verlegequalität und Vorbereitung der die Durchgangsbohrungen sind entscheidend für diese Spannungskonzentration zu begrenzen, die solche vorzeitigen Ausfall provoziert.

Dieses Papier befasst sich mit eine Installationsmethode, die Verringerung der Auswirkungen der Spannungskonzentration und eine angemessene Kontrolle der Qualität der Vorbereitung der Bohrung und der Installation der Anker bieten soll. Die Methode besteht aus vier Teilen: Bohr- und Reinigung der Löcher, Glätten der Kanten Loch mit einem angepassten Bohrer, Unregelmäßigkeiten in der Spannungsverteilung innerhalb der Biegung Region, Montage des Dübels, einschließlich die Imprägnierung von zu vermeiden der Anker Dübel und seine Einfügung und Haftung des Dübels zur Stärkung.

Von zuvor veröffentlichten Forschungsergebnisse^3,4,5,6,7, kann daraus geschlossen werden, dass Spike Anker mit einer Biegung Region (das ist zu sagen, mit einem bestimmten Winkel zwischen dem freien Ende und die eingebettete Region), leiden Kerbwirkung, die anfällig für vorzeitigen Ausfall zu provozieren. Dies kann nicht immer durch die Geometrie der Gründungsmitglieder vermieden werden. In vielen Fällen sind Dübel 90 ° Winkel im großen und ganzen beschäftigt, obwohl es allgemein anerkannt ist, dass 135° Dübel Winkel eine Reduzierung in Kerbwirkung ermöglichen und zu einer besseren Leistung der Spike-Anker führen. Die Hauptgründe für die Verwendung von 90° Winkel Dübel sind, dass sie einfacher sind zu führen und in eine beliebige Richtung zu kontrollieren und sie die Möglichkeit reduzieren, interne Verstärkungen zu erfüllen.

Abbildung 1 zeigt einen typische Spitze Anker mit den am häufigsten verwendeten Dübel Winkeln. Spike-Anker mit 90° Winkel Dübel installiert können trotzdem eine relativ gute Leistung anzeigen, sofern angemessene Kontrolle der Spannungskonzentration. Begrenzung der Spannungskonzentration in der Regel beinhaltet die Anker mit einer großen inneren Biegeradius, entwerfen, wie der innere Biegeradius gefunden wurde, um eine wichtige Rolle in der Faser Knicken^8,9. In diesem Sinne, Autoren wie Orton Et al. ³ zufolge ein Biegeradius von vier Mal der Anker Durchmesser verwendet werden soll. Dieser Empfehlung Ergebnisse in unpraktisch Biegeradien, sogar für kleine Anker Durchmesser wie die Erhöhung des Biegeradius beinhaltet vermindern die tatsächliche Einbettung Länge für einen gegebenen Bohrtiefe.

Die Autoren sind der Meinung, dass die Empfehlung des großen Biegeradius zusammenhängt, die Schwierigkeiten bei der Kontrolle der echten Inneres Biegeradius, aus geometrischer Sicht bei der Glättung von hand gemacht wird. Ein maßgeschneiderte Bohrer wurde folglich entwickelt, das ermöglicht eine einfache Kontrolle der Qualität der Anlage und sorgt dafür, dass der Biegeradius bei der Gestaltung berücksichtigt wird.

Zwei unterschiedliche Prozesse gelten als in der Zeitung. Ersteres bezieht sich auf den Installationsvorgang für die Anschlüsse (Anker, vor allem vor, das freie Ende fanning), während die zweite die vorgeschlagene Methode für Design mit Spike Ankern und die Überprüfung beinhaltet braucht.

Protokoll

1. Anker Installationsmethode

Hinweis: Diese Methode beinhaltet das Loch bohren, Reinigung und Glättung der Lochrand, sowie Imprägnierung und Einfügung des Ankers.

1. Bohren Sie das Loch auf die erforderliche Einbettung Länge und mit dem angegebenen Durchmesser.
   1. Verwenden Sie eine geeignete Bohrwerkzeug (d. h. elektrische Hammer oder Diamant Kern). Für Betonkonstruktionen die Kriterien für die Auswahl von Bohrwerkzeugen sind die gleichen wie Klebstoff Anker, und finden Sie im zuvor veröffentlichte Arbeit^10,11. Bohren Sie für eine elektrische Hammer mit einer maximalen Geschwindigkeit von 800 u/min.
      1. Bieten Sie einen Loch-Abstand (d.h. die Differenz zwischen dem Durchmesser des Bohrers und des Steckers) von nicht weniger als 4 mm. Darüber hinaus wird empfohlen, dass dieser Unterschied 8-10 mm betragen. Dies erleichtert die Glättung des Lochs und ermöglicht die Biegung des Ankers in die Bohrmaschine.
         Hinweis: Es sei darauf hingewiesen, dass kommerzielle Faser Seile Nennweiten (wenn imprägniert) von 10 bis 12 mm haben. Die Anker in das gefilmte Protokoll angezeigt wurden aus Faser Seile mit einem nominalen Durchmesser von 12 mm hergestellt.
2. Die Einbettung Länge zu kontrollieren und das Loch glatt. Längenkontrolle ist äußerst wichtig, da Anker Leistung extrem Länge-empfindlich ist. Einbettung Längen von 75 bis 150 mm sind zu empfehlen.
   1. Um Längenkontrolle auszuführen, legen Sie eine starre Bar in das Bohrloch, und vergleichen Sie die gesamte Länge des Balkens und die Länge, die aus dem Loch, wenn mit einem Maßband eingelegt bleibt.
   2. Verwenden Sie eine Blow-Out-Handpumpe, nach Abschluss der Bohrungen, eine erste Staubentfernung durchführen. Folgen Sie den Anweisungen des Herstellers der Pumpe. Blasen Sie nicht weniger als zwei Mal für die erste Entstaubung aus.
   3. Glätten Sie das Loch mit einem rotierenden, nicht-perkussiven Werkzeug. Siehe Abbildung 2 für Details der angepassten Bohrkrone. Ein Bohrer wie z. B. die vorgeschlagene kann die meisten elektrische Hämmer leicht angepasst. Kühlen Sie das Substrat mit Wasser während der Arbeit kontinuierlich. Glättung ist abgeschlossen, wenn keine scharfen Kanten erscheinen, und der obere Teil des Bohrers der Betonoberfläche berührt.
3. Reinigen Sie die Öffnung mit einer Kombination aus weht und Zyklen, Bürsten, da es entscheidend, die höchste Klebkraft zu erreichen ist. Der Reinigungsprozess ist ähnlich wie für die FRP Spikes und für selbstklebende Anker. Es wird empfohlen, dass mindestens zwei Reinigungszyklen durchgeführt werden. Verweisen Sie wir auf bestehende Leitlinien¹⁰ weitere Empfehlungen auf den Reinigungsprozess, und befolgen Sie die Empfehlungen des Herstellers, wenn andere Reinigungsgeräte verwendet werden.
   1. Immer Schlag vor und nach dem Zähneputzen. Deshalb werden jeden Zyklus des mechanischen Bürsten zwei Blowings und einem Bürsten.
   2. Schlag von innen nach der Öffnung der Bohrung um die losen Partikel in das gebohrte Loch zu entfernen. Es gibt zwei Möglichkeiten des Bombenanschlags. Wenn der Anker auf trockenem Beton installiert ist, kann bläst mit einer Handpumpe Ausblasen erfolgen. Wenn es auf nassen Beton installiert ist, muss Ausblasen mit Druckluft (max. Druck von 10 Bar) erfolgen.
      Hinweis: Das Protokoll für trockene unterstützt wurde entwickelt obwohl es auf nasse Bedingungen angepasst werden kann. Es ist erwähnenswert, dass die Glättung Technik beinhaltet das Substrat befeuchten. Daher, der daraus resultierenden Grad der Feuchtigkeit hängt von den Umgebungsbedingungen und auf die Zeit zwischen der Glättung des Loches und das Einsetzen des Steckers. Der Zustand des trockenen Unterstützung ist für eine Relative Luftfeuchtigkeit von unter 5 % definiert, die normalerweise normalen Trocknungsbedingungen von mehreren Tagen entspricht. Bei bestehenden Betonbauten können die Löcher trocken betrachtet werden, wenn 24 h vergangen zwischen der Glättung der Lochrand und das Einsetzen des Dübels. Ein feuchter Zustand bezieht sich auf 100 % Relative Luftfeuchtigkeit, in der Nähe von das maritime Strukturen in der Regel entspricht.
   3. Verwenden Sie eine Drahtbürste, radial das Loch putzen. Der Durchmesser der Bürste muss gleich oder bis zu 20 mm größer als der Durchmesser des Bohrers. Wählen Sie den Durchmesser des Pinsels, so nah wie möglich an, dass das Loch, um gleich Reibung um den Loch-Abschnitt zu ermöglichen.
   4. Installieren Sie die Anker, unmittelbar nach der Reinigung. Wenn dies ist nicht möglich (wenn der Anker nicht innerhalb von 1 h von der Reinigung eingesetzt ist), führen Sie eine zusätzliche Reinigungszyklus vor dem Einsetzen der Anker. Diese letzten Reinigungszyklus ist besonders wichtig für horizontale Anker und Löcher auf der Oberseite des Substrates.
4. Bereiten Sie vor und installieren Sie die Anker. Dies beinhaltet drei verschiedene Prozesse.
   1. Schneiden Sie die Faserbündel oder Seil auf die gewünschte Länge. Die Länge des Dübels muss gleich der Einbettung (oder Dübel Länge) plus die Länge der Anker-Fan.
   2. Imprägnieren Sie den Anker Dübel mit niedrigviskosen Epoxy-Primer mit einer weichen Bürste. Respektieren Sie immer die Topfzeit des Harzes, nach Angaben des Herstellers. Ca. 150 g Harz pro Anker sind erforderlich. Imprägnierung erfordert teilweise fanning, die Faserbündel, das Eindringen des Harzes zu maximieren.
      1. Imprägnieren Sie immer gegen Ende des Steckers Verbiegen der Fasern zu vermeiden. Halten Sie die Biege Region um Schlupf einige Fasern aus dem Bündel zu verhindern und zu verhindern, dass das freie Ende wird bei diesem Schritt aufgefächert.
   3. Befestigen Sie imprägnierte Ende unmittelbar nach der Imprägnierung mit einem Kabelbinder. Fügen Sie dann den Anker Dübel. Unterstützen Sie die Aufnahme mit einem Draht, der schiebt den Kabelbinder, um sicherzustellen, dass die Fasern tatsächlich die erforderliche Einbettung Länge erreichen.
5. Schließen Sie die Verstärkung an den Anker zu gewährleisten eine ordnungsgemäße Übertragungsmechanismus an den Stecker an. Dieses Protokoll wurde entwickelt und wird weiter erklärt für Ende Verankerung der GfK-Verstärkungen Multiple versorgt nach außen verklebt werden. Siehe Abbildung 3 eine grafische Erläuterung des Prozesses.
   1. Anwenden der ersten Lage der Bewehrung vor dem Einsetzen des Dübels (aber immer nach Aufbereitung und Reinigung des Lochs), wie dargestellt in Abbildung 3. Alternativ können Sie eine erste Lage kürzer als diejenigen auf der Anker Fan sein, um die Einfügung des Ankers vor dem Auftragen der ersten Schicht der Bewehrung ermöglichen geklebt.
   2. Geben Sie an-Endplatte debonding (oder Delamination) auftreten, wird voraussichtlich Ende Anchorage. Für die nasse Anwendung der externe Verstärkung immer bereiten Sie die Oberfläche des Substrats nach aktuellen Standards oder Leitlinien^12,13.
      Hinweis: Anker-Fans sollten voll zur Stärkung, verklebt werden, da diese Bindung der Stress-Datenübertragungsmechanismus ansammelt. Bei GfK-Verstärkungen aus mehreren Schichten und mit Ende-Anchorage empfiehlt Anker Lüfter Einbau zwischen zwei Lagen. Dies eliminiert die Notwendigkeit für das Laminat mit dem Anker piercing und Beschädigung der Bewehrung vermeiden. Bisher wurde in der Literatur keine minimale Fan-Länge bestimmt. Die Autoren empfehlen, dass Fan Längen von nicht weniger als 50 mm verwendet werden.
   3. Die externe GfK-Bewehrung und der Anker Lüfter Epoxidharz zuweisen. Das Harz kann mit entweder einer Rolle oder einem Pinsel aufgetragen. Verwenden Sie die gleichen Harz, um die externe FRP-Verstärkung auf dem Untergrund und den Anker Lüfter an die externe Verstärkung zu verbinden. Betrachten Sie immer die Topfzeit des Harzes, nach Angaben des Herstellers.
      1. Verhindern Sie die Entstehung von Luftporen zwischen die Lagen der Bewehrung mit Hilfe einer Blase Walze, die Luft Erleichterung nach der Imprägnierung der einzelnen Ebenen (einschließlich des Anker Lüfters) ermöglicht.
         Hinweis: Für die Entwicklung des Protokolls wurde eine Harz mit einer Topfzeit von 90 min bei 20 ° C eingesetzt.

(2) Design mit Spike-Anker

Hinweis: Die Design-Methode ist hier für Lüfter Anker erklärt, aber ähnliche Verfahren könnte für verschiedene Anchorage Geräte. Diese Methode besteht aus der Evaluierung der Anker Kapazität, Klebkraft und Beitrag der Anker, die Gesamtstärke des betreffenden verstärkten.

1. Bewerten Sie den Anker Kapazität. Dies hängt in erster Linie ob der Anker Zugkraft ausgesetzt ist oder Scherkräfte. In den meisten Fällen mit Dübel Winkel kleiner als 180° (scher Anwendungen) wird der Dübel Winkel die Wirksamkeit des Steckers durch Spannungskonzentration in der Biegebereich beschränken. Steuern Sie die Stärke der Biegung durch Anschluss an die oben dargestellte Methode zur Installation.
   1. Drücken Sie die Anker-Kapazität als Bruchzahl seine Zugfestigkeit. Die Kapazität für den Anker wird das Minimum der folgenden sein: die konkrete Kegel Stärke, Haftfestigkeit (wie in jeder nachträglich Anker in konkrete¹⁰berechnet), biegen Sie Stärke und Zugfestigkeit mit einem Sicherheitsfaktor. Dies führt zu einer Designkapazität von der (Anker). In Villanueva Llauradó Et al. ¹⁴, Ausdrücke für die vorhersehbaren Versagensarten der Spike Anker werden diskutiert.
   2. Schätzen Sie die konkrete Kegel Stärke mit einem Ausdruck wie im Kim und Smith¹⁵ um das konkrete Kegel Scheitern zu verhindern. Die konkrete Kegel Stärke ist nur für extrem flachen Anker, und im Allgemeinen kann es für Anker mit Einbettung Längen größer als 75 mm ignoriert werden.
   3. Berechnen Sie die Klebkraft der Anker Dübel. Dies kann mit der allgemeine Ausdrücke für nachträglich Anker von Codes und Design-Richtlinien durchgeführt werden. Nach diesen Ausdrücken die Klebkraft hängt von folgenden: die Zugfestigkeit des Betons, der Durchmesser der Bohrung und der Einbettung Länge^15,16. Adoptieren Sie einen Wert für die durchschnittliche Scherfestigkeit in der Beton-Harz-Schnittstelle zwischen 8 bis 15 MPa bei Epoxidharz verwendet wird.
   4. Schätzen Sie die Verringerung der Stärke durch Biegen. Dies hängt hauptsächlich von der inneren Biegeradius, gemäß den Ausdruck von JSCE⁸, die weithin für interne GfK-Armierung angenommen wurden zur Verfügung gestellt. Ergänzende Tests auf isolierte Anker empfiehlt jedoch für die Beurteilung der real als gebaut Stärke der Stecker in einer bestimmten geometrischen Konfiguration. Diese Tests sollten mit schertests und Anker installiert nach in diesem Papier vorgeschlagene Verfahren durchgeführt werden.
   5. Die Zugfestigkeit des Ankers mit dem Bruch der Fasern in den Querschnitt der Anschlüsse und die Zugfestigkeit der Faser zu berechnen. Geben Sie für Faser Seile Hersteller in der Regel die Zugfestigkeit des imprägnierten Connectors, die Design mit einer ausreichenden Reduktionsfaktor (von 1,25 bis 1,5) angenommen werden konnten. Für Faserbündel von Hand gefertigte Ankern sollte wie in ASTM Standards¹⁷flachen Coupon Tests durchgeführt werden.
2. Berechnen Sie die Klebkraft der unverankerte Verstärkungen durch einen beliebigen Ausdruck von internationalen Vorwahlen oder analytische Modelle wie Sie in den Referenzen^18,19. Alternativ können einfache oder doppelte schertests verklebt, nicht verankerten Proben durchgeführt werden. Der Bemessungswert der Haftfestigkeit (P_{Db, d}) muss in weiteren Berechnungen verwendet werden.
3. Schätzen Sie die Gesamtstärke als Ergebnis der Klebkraft der Bewehrung sowie Anker Kapazität für Verstärkungen mit einem Anker. Diese Hypothese kann angenommen werden, nach den vorhandenen Daten, wenn der Anker Lüfter komplett die Breite der FRP abdeckt, die kohärent mit den Erkenntnissen von Autoren Vergleich der Leistungsfähigkeit der gebundenen und ungebundenen verankerte Exemplare^{20ist, 21}. Berechnen Sie die Designstärke für verankerte FRP mit einem Spike Anker mit folgender Gleichung:
      P_d = P_{Db, d} + P_{Anc, d} (1)
4. Für mehrere Anker zu bestimmen, die Anker Effizienz und Beitrag in Abhängigkeit von der Anordnung der Anker (Anzahl der lagen und Reihen, Abstand zu verankern). Bitte testen Sie die gewünschte Anordnung um die Verringerung der Effizienz durch mehrere Anker zu bewerten, und Ausdrücken Sie Designstärke verankerten gemeinsamen (P_d) wie folgt:
     P_d = P_{Db, d} + y' • n • P_{Anc, d} (2)
   Erhalten der Koeffizient y' aus Tests mit jeweils spezifische Anordnung des Projekts, da die Zahl der Spike-Anker, wie die Referenzen^20,23. Als Alternative zu testen, prüfen die Effizienz y' wie vorgeschlagen in den Ansätzen aus solche Tests in den gleichen Publikationen^20,23gemeldet.

Ergebnisse

Die Tests wurden auf isolierte Anschlüsse zur Bewertung der Wirksamkeit der Glättungsverfahren durchgeführt. Darüber hinaus wurden zwei Methoden der Imprägnierung und Einstecken der Stecker verglichen. Die Nassmethode beteiligt Imprägnieren der Anker sofort vor dem einsetzen, wie im vorliegenden Protokoll. Die gehärtete (oder vorimprägnierte) Methode bestand der Imprägnierung der eingebetteten Region der Anker im Voraus mindestens 24 h vor dem einsetzen.

Diskussion

Eine Schritt für Schritt Protokoll für Einbau und Gestaltung des FRP Spike Anker wird vorgestellt. Nach bestem Wissen der Autoren sind keine detaillierte Protokolle auf Spike Anker über die Wirkung der Installationsparameter und Prozess auf Anker Kapazität entwickelt worden.

Die vorgeschlagenen Glättung Bohrkrone ist vorteilhaft bei der Erfüllung der Spike-Anker, durch Verringerung der Kerbwirkung und hat seine Wirksamkeit bei der Verringerung der Streuung über die durchgeführten auf i...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
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