Metodo di installazione per migliorare il controllo di qualità per fibra rinforzata polimero Spike ancore

Riepilogo

Questo manoscritto presenta un metodo per controllare la qualità dell'installazione per spike ancore progettata per ritardare la delaminazione dei polimeri a fibra rinforzata esternamente. Il protocollo prevede la preparazione del foro e il processo di inserimento. I parametri più influenti sull'efficienza degli ancoraggi sono discussi.

Abstract

Rinforzato con fibra polimerica (FRP) ancore in modo promettente per migliorare le prestazioni di FRP incollati esternamente applicato a strutture esistenti, in quanto possono ritardare o addirittura impedire l'errore di debonding. Tuttavia, una preoccupazione importante affrontata dai progettisti è il guasto prematuro degli ancoraggi a causa della concentrazione di sforzo. Qualità cattiva installazione e preparazione dei fori liquidazione può causare stress concentrazione che provoca questo guasto prematuro. Questa carta tratta con un metodo di installazione che mira a ridurre l'impatto della concentrazione dello stress e di fornire un adeguato controllo di qualità della preparazione del foro. Il metodo prevede tre parti: la perforazione e pulizia dei fori, l'arrotondamento dei bordi foro con un trapano su misura e l'installazione dell'ancoraggio stesso, tra cui l'impregnazione del tassello di ancoraggio e del suo inserimento. Tifosi di ancoraggio (la lunghezza libera delle punte) quindi sono legati per il rinforzo di FRP esterno. Per l'ancoraggio di estremità e nel caso di rinforzi con pieghe multiple, si raccomanda che la ventola di ancoraggio inserito tra due strati di assistere il meccanismo di trasferimento dello stress.

La procedura proposta è completata con un approccio progettuale per ancoraggi di spike, basato su un ampio database. Si propone che il design segue un numero di passi, vale a dire: selezione del diametro di ancoraggio e successiva resistenza alla trazione del connettore (vale a dire, l'ancoraggio prima smazzante fuori l'estremità libera), valutazione della riduzione di resistenza alla trazione a causa piegatura, fornitura di abbastanza infissione per prevenire lo slittamento guasto e la considerazione del numero e la spaziatura delle ancore per un rinforzo dato. In questo senso, si deve osservare che ulteriore ricerca è necessaria al fine di ottenere un'espressione generale per il contributo di spike ancore a forza di legame complessiva dei rinforzi in FRP.

Introduzione

FRP ancore offerta una soluzione promettente per migliorare le prestazioni di esternamente legato FRP applicati a strutture esistenti, date che possono ritardare o addirittura impedire debonding guasto^1,2. Tuttavia, delle principali preoccupazioni per i progettisti comporta il guasto prematuro delle ancore a taglio a causa della concentrazione di sforzo della regione di piegatura. Qualità dell'installazione e preparazione dei fori liquidazione sono cruciali per limitare la concentrazione di stress che provoca tale guasto prematuro.

Questa carta tratta con un metodo di installazione che mira a ridurre l'impatto della concentrazione dello stress e di fornire un adeguato controllo di qualità della preparazione del foro e l'installazione degli ancoraggi. Il metodo coinvolge quattro parti: foratura e pulizia dei fori, lisciando i bordi del foro con un trapano su misura per evitare irregolarità nella distribuzione-lo stress all'interno della regione di piegatura, installazione dell'ancoraggio stesso, tra cui l'impregnazione di il tassello di ancoraggio e suo inserimento e adesione dell'ancoraggio al rinforzo.

Da ricerca precedentemente pubblicata^3,4,5,6,7, si può concludere che spike ancore con una regione di piegatura (vale a dire, con una certa angolazione tra l'estremità libera e il regione incorporato), soffrono di concentrazione di sforzo che è incline a provocare guasti prematuri. Questo non può sempre essere evitato grazie alla geometria dei componenti originali. In molti casi, angoli di 90° tassello sono largamente impiegati, anche se è generalmente accettato che gli angoli di 135° tassello consentono una riduzione nella concentrazione di sforzo e portano a prestazioni migliori delle ancore di spike. I motivi principali per l'utilizzo di angoli a 90° tassello sono che sono più semplici da eseguire e controllare in qualsiasi direzione e che riducono la possibilità di incontrare rinforzi interni.

Figura 1 Mostra un ancoraggio tipico spike con angoli di tassello più comuni. Ancore di Spike installate con angoli di 90° tassello possono, tuttavia, visualizzare una relativamente buona prestazione se viene fornito il corretto controllo della concentrazione dello stress. Limitando lo stress concentrazione generalmente richiede la progettazione di ancoraggi con un interno grande curvatura, come il raggio di curvatura interno è stato trovato a giocare un ruolo importante in fibra annodamento^8,9. In questo senso, autori come Orton et al. ³ suggeriscono che dovrebbe essere usato un raggio di curvatura di quattro volte il diametro di ancoraggio. Questo risultati di raccomandazione in impraticabile raggi, di curvatura anche per diametri piccoli anchor, come aumentare il raggio di curvatura coinvolge diminuendo la lunghezza effettiva infissione per una profondità di data buca.

Gli autori ritengono che la raccomandazione di grande raggio di curvatura è legata alla difficoltà di controllare l'interno reale curvatura, da un punto di vista geometrico, quando levigante è fatto a mano. Una punta su misura è stato di conseguenza progettata che permette un facile controllo di qualità dell'installazione e garantisce che il raggio di curvatura è considerato nel disegno.

Nel libro sono considerati due diversi processi. Quello primo è relativo alla procedura di installazione per i connettori (ancore, soprattutto prima smazzante fuori l'estremità libera), mentre il secondo include il metodo proposto per la progettazione con spike ancore e la verifica ha bisogno.

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Protocollo

1. metodo di installazione anchor

Nota: Questo metodo include il foro di perforazione, la pulizia e la levigatura del bordo del foro, così come impregnazione e inserimento dell'ancoraggio.

1. Praticare il foro per la lunghezza di infissione necessaria e con diametro specificato.
   1. Utilizzare un apposito attrezzo di perforazione (vale a dire, elettrica martello o diamante core). Per strutture in cemento armato, i criteri per la selezione di utensili di foratura sono identiche a quelle ancore adesive e possono essere trovati nel lavoro precedentemente pubblicato^10,11. Per un martello elettrico, trapano con una velocità massima di 800 giri/min.
      1. Fornire una clearance di foro (cioè, la differenza tra il diametro della punta e quello del connettore) di non meno di 4 mm. Inoltre, si raccomanda che questa differenza essere 8-10 mm. Questo facilita la lisciatura del foro e permette la flessione dell'ancoraggio all'interno del trapano.
         Nota: Si deve osservare che funi in fibra commerciale hanno diametri nominali (quando impregnati) che vanno da 10 a 12 mm. Le ancore visualizzate nel protocollo filmato sono state fatte da funi in fibra con un diametro nominale di 12 mm.
2. Controllare la lunghezza di infissione e il foro liscio. Controllo della lunghezza è estremamente importante, come prestazioni di ancoraggio sono estremamente sensibile alla lunghezza. Lunghezze di infissione che vanno da 75 a 150 mm sono raccomandate.
   1. Per eseguire il controllo della lunghezza, inserire una barra rigida nel foro di perforazione e confrontare la lunghezza totale della barra e la lunghezza che rimane fuori dal buco quando inserito con un nastro di misurazione.
   2. Utilizzare una pompa a mano effetto blow-out, una volta completata, per eseguire una rimozione della polvere prima della foratura. Seguire le istruzioni del produttore della pompa. Soffiare non meno di due volte per la rimozione della polvere prima.
   3. Il foro con uno strumento rotante, non-percussione liscio. Vedere la Figura 2 per i dettagli del trapano su misura. Un trapano come quella proposta può essere facilmente adattato alla maggior parte dei martelli elettrici. Refrigerare il substrato continuamente con acqua durante il lavoro. Lisciatura è completa quando vengono visualizzati senza spigoli vivi, e la parte superiore della carota tocca la superficie del calcestruzzo.
3. Pulire il foro con una combinazione di soffiatura e spazzolatura cicli, in quanto è fondamentale raggiungere la più alta resistenza di legame. Il processo di pulizia è simile per picchi di FRP e per ancore adesive. È consigliabile che essere eseguita almeno due cicli di pulizia. Fare riferimento a linee guida esistenti¹⁰ per ulteriori consigli sul processo di pulizia e seguire sempre le raccomandazioni del produttore se sono utilizzati altri strumenti di pulizie.
   1. Sempre colpo prima e dopo la spazzolatura. Di conseguenza, ogni ciclo di spazzolatura meccanica comporta due insufflations e una spazzolatura.
   2. Colpo dall'interno verso l'apertura del foro al fine di rimuovere le particelle allentate all'interno del foro. Ci sono due modi di soffiare. Se l'ancoraggio è installato su calcestruzzo secco, che soffia può essere fatto con una pompa a mano effetto blow-out. Se è installato sul cemento bagnato, che soffia deve essere fatto con aria compressa (pressione massima di 10 bar).
      Nota: Il protocollo è stato sviluppato per supporti asciutti, anche se potrebbe essere adattato alle condizioni di bagnato. Vale la pena notare che la tecnica di levigatura prevede idratante il substrato. Di conseguenza, il grado di umidità risultante dipenderà le condizioni ambientali e sul tempo trascorso tra la lisciatura del foro e l'inserimento del connettore. La condizione di supporto asciutto viene definita per umidità relativa inferiore al 5%, che normalmente corrisponde alla normale condizioni di essiccazione di parecchi giorni. Nel caso di strutture in cemento armato esistenti, i fori possono essere considerati asciutti quando 24h trascorsi tra l'arrotondamento del bordo del foro e l'inserimento dell'ancoraggio. Una condizione umida si riferisce a quasi il 100% di umidità relativa, che corrisponde in genere a strutture marittime.
   3. Utilizzare una spazzola metallica per spazzolare radialmente il foro. Il diametro del pennello deve essere uguale o fino a 20 mm superiore al diametro della punta. Selezionare il diametro del pennello per essere più vicino possibile a quello del foro, per consentire di attrito uniforme intorno alla sezione di foro.
   4. Installare le ancore subito dopo la pulizia. Se questo non è possibile (se l'ancoraggio non è inserito all'interno di 1 h da pulizia), eseguire un ciclo di pulizia aggiuntivo prima di inserire le ancore. Questo ultimo ciclo di pulizia è particolarmente critico per ancore orizzontali e fori fatti sulla superficie superiore del substrato.
4. Preparare e installare le ancore. Si tratta di tre diversi processi.
   1. Tagliare il fascio di fibre ottiche o corda alla lunghezza desiderata. La lunghezza dell'ancoraggio deve essere uguale alla lunghezza di infissione (o lunghezza del tassello) più la lunghezza del ventilatore ancoraggio.
   2. Impregnare il tassello di ancoraggio con primer epossidico a bassa viscosità con una spazzola morbida. Rispettare sempre la vita di pot della resina, secondo il produttore. Sono necessari circa 150 g di resina per ancoraggio. Impregnazione richiede parzialmente smazzante fuori il fascio di fibre ottiche per massimizzare la penetrazione della resina.
      1. Impregnare sempre verso la fine del connettore per evitare di piegare le fibre. Tenere la regione di piegatura per evitare lo slittamento di alcune fibre del bundle e per impedire che l'estremità libera essendo ha smazzato fuori in questa fase.
   3. Fissare l'estremità impregnato con una fascetta immediatamente dopo l'impregnazione. Quindi, inserire il tassello di ancoraggio. Assistere l'inserimento con un filo che spinge la fascetta ferma-cavo, per garantire che le fibre effettivamente raggiungano la lunghezza di infissione richiesto.
5. Collegare il rinforzo sul punto di ancoraggio per garantire un meccanismo di trasferimento corretto per il connettore. Questo protocollo è stato sviluppato ed è ulteriormente spiegato per l'ancoraggio di estremità di multiplo-solcavano esternamente legato rinforzi FRP. Vedere la Figura 3 per una spiegazione grafica del processo.
   1. Applicare il primo strato di rinforzo prima dell'inserimento dell'ancoraggio (ma sempre dopo la preparazione e la pulizia del foro), come mostrato nella Figura 3. In alternativa, utilizzare un primo strato più breve di quelli aderito sulla ventola di ancoraggio, per consentire l'inserimento dell'ancoraggio prima di applicare il primo strato di rinforzo.
   2. Fornire ancoraggio fine quando piastra debonding (o delaminazione) dovrebbe avvenire. Per l'applicazione bagnata del rinforzo esterno, sempre preparare la superficie del substrato secondo le vigenti norme o linee guida^12,13.
      Nota: Fan di ancoraggio deve essere completamente legato al rafforzamento, come questo legame si accumulerà il meccanismo di trasferimento dello stress. Nel caso di rinforzi di FRP fatti da più livelli e con fine-ancoraggio, si consiglia l'installazione del ventilatore di ancoraggio tra due strati. Questo elimina la necessità per il laminato con l'ancoraggio di piercing ed evitare di danneggiare il rinforzo. Fin qui, nessuna lunghezza minima ventilatore è stata determinata nella letteratura. Gli autori raccomandano utilizzato lunghezze fan di non meno di 50 mm.
   3. Applicare resina epossidica il rinforzo di FRP esterno sia la ventola di ancoraggio. La resina può essere applicata con pennello o un rullo. Utilizzare la stessa resina per legare il rinforzo di FRP esterno al substrato e la ventola di ancoraggio per il rinforzo esterno. Considerare sempre la vita di pot della resina, secondo il produttore.
      1. Prevenire l'insorgere di vuoti d'aria tra gli strati di rinforzo utilizzando un rullo di bolla che permette aria sollievo dopo l'impregnazione di ogni livello (compreso il ventilatore di ancoraggio).
         Nota: Per lo sviluppo del protocollo, è stata impiegata una resina con un pot-life di 90 min a 20 ° C.

2. design con Spike ancore

Nota: Il metodo di progettazione è spiegato qui per ventilatore ancore, ma simili procedure potrebbero essere seguite per dispositivi di ancoraggio diverso. Questo metodo consiste nella valutazione della capacità di ancoraggio, forza di adesione e contributo degli ancoraggi per la forza complessiva del membro rinforzato.

1. Valutare la capacità di ancoraggio. Questo dipende in primo luogo se l'ancoraggio è sottoposto a trazione o le forze di taglio. Nei casi più comuni con tassello angoli meno di 180° (taglio applicazioni), l'angolo di tassello limiterà l'efficacia del connettore a causa della concentrazione di sforzo nella regione di piegatura. Controllare la forza di piegatura seguendo il metodo di installazione presentato sopra.
   1. Esprimere la capacità di ancoraggio come frazione della sua resistenza alla trazione. La capacità di progettazione per l'ancoraggio sarà il minimo di quanto segue: piegare la resistenza del cono di calcestruzzo, forza di legame (calcolato come in qualsiasi ancoraggio post-installati in cemento¹⁰), forza e resistenza alla trazione, con un fattore di sicurezza. In questo modo una capacità di progettazione della (ancoraggi). A Villanueva Llauradó et al. ¹⁴, espressioni per tutti i modi di guasto si presenterebbe di spike ancore sono discussi.
   2. Stimare la resistenza del cono di calcestruzzo con un'espressione come quella di Kim e Smith¹⁵ al fine di evitare il fallimento del cono di calcestruzzo. La forza del cono di calcestruzzo è solo critica per ancore estremamente superficiale e, in generale, può essere ignorata per tasselli con lunghezze embedment maggiore di 75 mm.
   3. Calcolare la forza di legame del tassello di ancoraggio. Questa operazione può essere eseguita con le espressioni generali per post-installati ancoraggi da codici e linee guida di progettazione. Secondo tali espressioni, la forza di legame dipende da quanto segue: la resistenza alla trazione del calcestruzzo, il diametro del foro e la lunghezza di infissione^15,16. Adottare un valore per la resistenza al taglio medio nell'interfaccia cemento-resina che vanno da 8 a 15 MPa quando viene utilizzata la resina epossidica.
   4. Stimare la riduzione della resistenza alla flessione. Questo dipende principalmente all'interno di curvatura, secondo l'espressione fornita da JSCE⁸, che è stato ampiamente adottato per interni tondi per cemento armato FRP. Tuttavia, si raccomandano test complementari su ancoraggi isolati al fine di valutare la forza reale come costruzione dei connettori in una determinata configurazione geometrica. Questa prova dovrebbe essere effettuata con prove di taglio e con ancoraggi installati seguendo la procedura proposta in questa carta.
   5. Calcolare la resistenza alla trazione dell'ancoraggio con la frazione di fibre nel Profilio dei connettori e la resistenza alla trazione della fibra. Per funi in fibra, produttori specificano generalmente la resistenza alla trazione del connettore impregnato, che potrebbe essere adottato per il disegno con un fattore di riduzione sufficiente (da 1,25 a 1,5). Per fasci di fibre di ancore fatte a mano, piatto coupon test devono essere effettuati come in ASTM standard¹⁷.
2. Calcolare la forza di legame di unanchored rinforzi con qualsiasi espressione da codici internazionali o da modelli analitici, ad esempio quelli forniti a riferimenti^18,19. In alternativa, possono essere condotte prove di taglio singolo o doppio su provini incollati, unanchored. Il valore di progetto della forza di legame (P_{db, d}) deve essere utilizzato in ulteriori calcoli.
3. Stimare la forza complessiva come risultato della forza di legame della capacità rinforzo plus anchor, rinforzi con un ancoraggio. Questa ipotesi può essere accettata, secondo i dati esistenti, quando la ventola di ancoraggio copre completamente la larghezza degli FRP, che è coerente con i risultati dagli autori confrontano le prestazioni di esemplari ancorati incollati e unbonded^{20, 21}. Calcolare la forza di progettazione per FRP ancorato con ancoraggio a spillo con la seguente equazione:
      P_d = P_{db, d} + P_{anc, d} (1)
4. Per ancoraggi multipli, determinare l'efficienza di ancoraggio e il contributo in funzione della disposizione degli ancoraggi (numero di strati e righe, spaziatura di ancoraggio). Si prega di verificare la disposizione desiderata al fine di valutare la riduzione di efficienza a causa di ancoraggi multipli ed esprimere la resistenza di progetto del giunto ancorato (P_d) come segue:
     P_d = P_{db, d} + y' • n • P_{anc, d} (2)
   Ottenere il coefficiente y' dalle prove con ogni disposizione specifica del progetto, dato il numero di ancore di spike, come i riferimenti^20,23. In alternativa al test, considera l'efficienza y' come suggerito negli approcci segnalati da tali prove in quelle stesse pubblicazioni^20,23.

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Risultati

Test sono stati condotti sui connettori isolati per valutare l'efficacia del metodo levigante. Inoltre, sono stati confrontati due metodi di impregnazione e inserimento dei connettori. Il metodo bagnato ha coinvolto impregnare le ancore immediatamente prima dell'inserimento, come il protocollo presentato. Il metodo indurito (o pre-impregnato) ha consistito di impregnazione della regione incorporata di ancore in anticipo, almeno 24 ore prima dell'inserimento.

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Discussione

Un protocollo passo-passo per l'installazione e progettazione di FRP spike ancore è presentato. A meglio della conoscenza authors', nessun protocolli dettagliati su spike ancore sono stati sviluppati per quanto riguarda l'effetto dei parametri di installazione e processo sulla capacità di ancoraggio.

La proposta punta levigante è utile nello svolgimento delle ancore di spike, per mezzo di ridurre la concentrazione di sforzo e ha dimostrato la sua efficacia nel ridurre la dispersione delle p...

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Materiali

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