繊維の品質管理を強化するインストール方法強化ポリマー スパイク アンカー

要約

本稿では外部結合繊維強化プラスチックの層間剥離を遅らせるためスパイク アンカーのインストールの品質を制御する手法を提案します。プロトコルには、ドリル穴の挿入処理の準備が含まれています。アンカーの効率に最も影響力のあるパラメーターを説明します。

要約

繊維強化ポリマー (FRP) アンカーは、遅延またはも剥離の失敗を防ぐことができます、既存の構造に適用される外部結合の Frp の性能を強化する有望な方法です。しかし、デザイナーが直面している主要な関心事は、応力集中によるアンカーの時期尚早の障害です。悪い施工品質およびクリアランス穴の準備は、この時期尚早の障害を誘発する応力集中で起因できます。本稿は応力集中の影響を軽減し、ドリル穴の準備の適切な品質管理を提供することを目的とする工法。この方法は、3 つの部分: 穴あけと穴の洗浄、アンカー ダボと、その挿入の含浸を含むアンカー自体のインストールとカスタマイズされたドリル ビット穴のエッジのスムージングします。アンカー ファン (スパイクの自由長)、外部補強に結合しています。最後アンカレッジおよび多数の層と援軍の場合、アンカー ファンが応力伝達機構を支援するために 2 つの層の間に挿入されることをお勧めします。

これらの手法は、豊富なデータベースに基づくスパイク アンカーの設計アプローチで補完されます。設計はすなわちステップ数を従うことを提案した: アンカー径とコネクタ (すなわち、自由端をあおる前にアンカー) の後の引張強度の選択による引張強度の低減効果の評価曲げ、すべり破壊を防ぐために十分な根入れの規定および数の考慮、与えられた補強用アンカーの間隔。この意味で、FRP 補強の全体的な強度にスパイク アンカーの貢献のための一般式を得るために更なる研究が必要であるが注意する必要があります。

概要

FRP は、外部のパフォーマンスを強化する有望な方法結合遅延したり剥離障害^1,2をも防ぐことを与え、既存の構造に適用される Frp の申し出を固定します。ただし、デザイナーのための主要な関心事は、せん断曲げの領域における応力集中のためのアンカーの時期尚早の障害を伴います。施工品質とクリアランス穴の準備など時期尚早の障害を誘発するこの応力集中を制限する重要です。

本稿は応力集中の影響を軽減し、ドリル穴の準備をし、アンカーのインストールの適切な品質管理を提供することを目的とする工法。この方法は、4 つの部分: 穴あけと曲げの地域の含浸を含むアンカー自体のインストール内の応力分布の不規則性を避けるためにカスタマイズされたドリルで穴のエッジをスムージング、穴をクリーニングアンカー ダボと挿入、および補強アンカーの付着。

そのスパイク以前に発行された研究^3,4,5,6、7から考えられる曲げ領域とアンカー (自由端間一定の角度で操作することであると埋め込み領域) は時期尚早の障害を誘発する傾向がある応力集中を受けます。これは、元のメンバーの幾何学のため常に回避できません。多くの場合、90 ° ダボ角度は採用されて広くダボ内角が 135 度の応力集中の減少を許可するスパイク アンカーの性能向上につながると、それは一般的に合意が。ダボ内角が 90 度の使用のための主な理由は簡単に実行、任意の方向に制御される、彼らは内部の援軍を満たすために可能性を減らすことです。

図 1は、最も一般的なダボ角度と典型的なスパイク アンカーを示しています。ダボ内角が 90 度でインストールされているスパイク アンカーは、応力集中の適切な制御が指定されて場合それにもかかわらず、比較的良好なパフォーマンスを表示できます。一般に応力集中を制限するきんく性^8,9繊維で主要な役割を果たすに発見されて内側の曲げ半径と曲げ半径、大規模な内側でアンカーの設計が含まれます。この意味で、著者・ オートンらなど³は、4 回アンカー径の曲げ半径を使用することをお勧めします。非現実的なこの勧告により曲げ半径、小さなアンカー径に対してもとして曲げ半径を大きく含まれます指定された穴の深さの実際の埋込み長さを減少しています。

著者らは、大きな曲げ半径を推薦、実際曲げの内側半径、幾何学的な観点から手で平滑化が行われるときの制御の難しさに関連するいると考えています。カスタマイズされたドリル ビット設計されていますその結果インストールの簡単な品質管理ができ、曲げ半径が設計で考慮されることを保証します。

2 つのプロセスは、紙でと見なされます。(アンカー、特に無料の端をあおる前に)、コネクタのインストール手順をする最初の 1 つ、2 番目が含まれますデザイン用スパイク アンカーと検証の手法が必要です。

プロトコル

1. アンカー工法

注: このメソッドには、穴あけ、クリーニングと穴端と同様、含浸とアンカーの挿入の平滑化が含まれています。

1. 必要な埋込み長さと指定した直径の穴をドリルします。
   1. 適切な掘削ツール (すなわち、電気ハンマーやダイヤモンドのコア) を使用します。コンクリート構造物の穴あけ工具の選択の基準は接着アンカーと同じですが、過去に発表された^10,11で見つけることができます。電気ハンマー ドリル最大回転数 800 rpm で。
      1. 4 mm の穴のクリアランス (すなわちドリルの径とコネクタの違い) を提供します。さらに、この差が 8-10 mm であることをお勧めします。これは、穴のスムージングを容易にでき、ドリル内部アンカーの曲げに。
         注: 留意され商業繊維ロープ 10 から 12 の mm まで及ぶ呼び径 (含浸) ときがあります。撮影プロトコルで表示されるアンカーは、呼び径 12 mm の繊維ロープから作られました。
2. 埋込み長さを制御し、穴を滑らかにします。アンカー性能は非常に長さに敏感な長制御が非常に重要です。埋込み長さ 75 から 150 mm までを推奨します。
   1. 長制御を実行すると、掘削穴に剛体バーを挿入してバーの全体の長さと穴測定テープを挿入したときのままの長さを比較します。
   2. 掘削が終了したら、最初のほこりの除去を実行するブローアウト手ポンプを使用します。ポンプのメーカーの指示に従ってください。最初のほこりの除去のため 2 回以上を吹き消します。
   3. 非パーカッシブなロータリー ツールを使って穴を滑らかに。カスタマイズされたドリル ビットの詳細については、図 2を参照してください。提案したようビット ドリルはほとんど電気ハンマーに容易に適応することができます。仕事をしながら水を継続的に基板を冷やしなさい。シャープなエッジが表示されず、ドリル刃の上部コンクリートの表面に触れるとき、平滑化は完了です。
3. 最高強度を達成するために重要ですが、吹くとブラッシングのサイクルの組み合わせで穴をクリーニングします。洗浄プロセスは FRP スパイクと接着アンカーに似ています。少なくとも 2 つの洗浄サイクルを実行することをお勧めします。既存のガイドライン¹⁰クリーニング プロセスに関する追加の推奨事項を参照してください、他のクリーニング ツールを使用する場合常に、製造元の推奨事項に従ってください。
   1. ブラッシング前後に常に吹く。その結果、機械的ブラッシングの各サイクルには、2 blowings と 1 つのブラッシングが含まれます。
   2. 掘削穴の中の緩い粒子を除去するために穴の開口部に向かって内側から吹く。吹いている 2 つの方法があります。乾いたコンクリートにアンカーをインストールした場合を吹いてはブローアウト手動ポンプで行うことができます。濡れたコンクリートにインストールした場合吹いては加圧空気 (10 バールの最大圧力) で行う必要があります。
      注: プロトコル開発した乾燥サポートの湿潤状態に適合させる必要があります。スムージング手法含む基板を保湿を注目に値するです。したがって、湿度の結果のグレードによって異なります環境条件と時間間隔が穴とコネクタの挿入の平滑化します。乾燥サポートの条件は、通常いくつかの日の通常の乾燥条件に対応する 5% 以下の相対湿度に対して定義されます。穴は既存のコンクリート構造物の場合、穴のエッジとアンカーの挿入の平滑化の間 24 時間を経過した場合乾燥考えることが。湿気のある条件は、通常海洋構造物に対応する相対湿度 100% に近いです。
   3. 放射状ブラシの穴にワイヤー ブラシを使用します。ブラシの直径は、等しいまたは最大 20 mm ドリルの直径よりも大きい必要があります。穴部周りの等価摩擦を許可するように、穴をできるだけ近くするブラシの直径を選択します。
   4. クリーニング直後後のアンカーをインストールします。場合これは不可能 (アンカーは、クリーニングから 1 時間以内が挿入されない) 場合、アンカーを挿入する前にクリーニング サイクルを実行します。この最後のクリーニング サイクルは、水平アンカーと基板の上面に穴をあけのため特に重要です。
4. 準備してアンカーをインストールします。これには、3 つの異なるプロセスが含まれます。
   1. 必要な長さにロープや繊維束をカットします。アンカーの長さを埋込み長さ (またはダボ長さ) に等しい必要がありますアンカー ファンの長さプラス。
   2. 柔らかいブラシで低粘度エポキシ樹脂プライマーでアンカー ダボを含浸します。製造元によると樹脂のポットライフを常に尊重します。樹脂アンカーあたり約 150 g が必要です。含浸は、部分的に樹脂の浸透を最大化する繊維束をあおぐ必要があります。
      1. 繊維を曲げを避けるため、コネクタの端に向かって常に含浸します。いくつかの線維束からのズレを防止する、自由端がこのステップで送風されるを防ぐために曲げの領域を保持します。
   3. 受精後すぐにケーブル ネクタイと含浸の端を固定します。その後、アンカーのダボを挿入します。繊維が実際に必要な埋込み長さを達することを保証するため、ケーブルタイをプッシュ ワイヤ挿入を支援します。
5. 補強をコネクタに適切な伝達を確保するためアンカーに接続します。このプロトコルは、開発されているし、さらに FRP 補強を外部結合複数そなえたの端定着部に対する説明です。プロセスのグラフィックについては、図 3を参照してください。
   1. 図 3に示すように、アンカーの (しかし常に準備し、穴の洗浄後) で、挿入する前に補強の最初の層を適用します。また、補強の最初の層を適用する前に、アンカーの挿入を許可するように、アンカーのファンに付着したものより短い最初の層を使用します。
   2. 最後アンカレッジは、エンド プレート剥離 (または層間剥離) が行われる予定です。外部補強のウェット用では、常に現在の基準やガイドライン^12,13によると基板の表面を準備します。
      注: アンカー ファン必要があります完全に接着して補強、この付着応力伝達機構に蓄積されますよう。FRP 補強終わりアンカレッジと複数のレイヤーから作られて、場合 2 層間アンカー ファンの取り付けをお勧めします。これはピアス アンカー、ラミネートの必要性を排除し、補強の損傷を防ぐ。日には、ファンの最低の長さが決まっていない文献。著者らは、ファンの長さ 50 mm 以上を使用することをお勧めします。
   3. エポキシ樹脂を外部補強とアンカーのファンの両方に適用されます。樹脂は、ローラーやブラシのいずれかを適用できます。同じ樹脂を使用して、基板に外部補強と外部補強アンカー ファンを接着します。常に製造元によると、樹脂のポット ・ ライフを考慮します。
      1. (アンカー ファンを含む) の各レイヤーの含浸後リリーフができる泡ローラーを使用して補強の層間空隙の出現を防ぐ。
         注: プロトコルの開発、20 ° C で 90 分のポット ・ ライフと樹脂が採用されました。

2. スパイク アンカーの設計

注: 設計法は、ファンのアンカーのここで説明されてが、同じようなプロシージャは異なる定着装置の続くことができます。このメソッドはアンカー容量、付着強度、補強メンバーの全体的な強さにアンカーの貢献の評価で構成されます。

1. アンカーの能力を評価します。これは主にアンカーが引張を受けるがかどうかまたはせん断力によって決まります。ダボ角度 180 ° (せん断アプリケーション) より小さい釘角度の最も一般的な場合、ベンド領域の応力集中によるコネクタの有効性が制限されます。曲げ強度を制御するには、次のインストール方法を記載しております。
   1. その引張強さの一部分としてアンカー能力を表現します。アンカーの設計容量は以下の最小値になります: コンクリートのコーン状強度、付着強度 (コンクリート¹⁰で、あと施工アンカーの計算)、曲げ強度、引張強度、安全係数。アンカー () のデザイン能力でこの結果します。ビリャヌエバ Llauradóらで¹⁴、スパイク アンカーのすべての期待できる故障モードの式を説明します。
   2. コンクリートのコーン状破壊を防ぐためにキムとスミスの¹⁵の 1 つのような式でコンクリートのコーン状耐力を評価します。コンクリートのコーン状強度が非常に浅いアンカーのみ、埋込み長さが 75 mm 以上のアンカーのため無視できる一般に。
   3. アンカー アンカーの付着強度を計算します。これは、コードと設計のガイドラインからあと施工アンカーの一般式を実行できます。これらの式によると接着強さによって異なります次: コンクリート、ドリル穴の埋込み長さ^15,16径の引張強度。エポキシ樹脂を使用する場合に、8 から 15 MPa に至るまでコンクリート-樹脂界面の平均せん断耐力の値を採用します。
   4. 曲げによる強度の削減量を推定します。これは主に、曲げの内側半径、土木⁸、内部 FRP の広く採用されているによって提供される式に基づいて異なります。ただし、孤立したアンカーに相補的なテストは特定の幾何学的な構成でコネクタの実際として建てられた強度を評価するためにお勧めします。せん断試験とアンカー インストール手順この論文で提案する、このテストを実行する必要があります。
   5. コネクタのばりと繊維の引張強度の繊維の一部とアンカーの引張強度を計算します。繊維ロープの製造業者は通常 (1.5 1.25) から十分な低減係数の設計のために採用される可能性が含浸のコネクタの引張強度を指定します。手作りアンカーのファイバー束、ASTM 規格¹⁷のようにフラット クーポン テストを実施しなければなりません。
2. 国際コードや参照^18,19で提供されるような解析モデルから任意の式アンカー補強材の付着強度を計算します。また、接着、アンカーの標本を単一引用符または二重のせん断試験を実施できます。接着強さ (P_{d, db}) の設計値は、以後の計算で使用する必要があります。
3. 強化に加えて、アンカーの容量、1 つのアンカーと補強のための付着強度の結果として全体的な強度を推定します。この仮説が可能、既存のデータによるとアンカーのファンは完全にコヒーレント結合しアンボンド アンカー試験片^{20のパフォーマンスを比較する著者による調査結果では、FRP の幅をカバーするとき 21}。次の式により 1 つのスパイク アンカーで固定された frp 設計基準強度を計算します。
      P_d P_db、d + P_anc、d (1) =
4. 複数のアンカー、アンカー効率とアンカーの配置の関数としての貢献を決定 (プライと行の番号の間隔を固定)。複数のアンカーによる効率化を評価するために必要な配置をテスト アンカー ジョイント (P_d) 設計基準強度を次のように表現してください。
     P_d P_{db, d} = + y' • n P_anc、d (2)
   係数を取得y'プロジェクトの各特定の配置のテストから参照^20,23のように、スパイク アンカーの数を与えられました。テストする別の方法として、効率を考慮y'これらの同じ出版物^20,23試験から報告のアプローチで提案します。

結果

分離コネクタ平滑化手法の有効性を評価するための試験を行った。また、含浸の 2 つの方法とコネクタの挿入を比較しました。提示プロトコルのように、挿入の直前にアンカーを含浸湿式法に関与。硬化 (または事前含浸) メソッドは、アンカーの埋め込み領域の含浸は、事前に挿入する前に、少なくとも 24 時間から成っていた。

ディスカッション

インストールおよび FRP スパイク アンカーの設計手順プロトコルが表示されます。筆者の知る限り、スパイク アンカーの詳しいプロトコルが開発されてこなかったアンカー容量に及ぼすインストール パラメーターとプロセスについて。

提案平滑化ドリル ビットは応力集中を減らすことによって、スパイク アンカーのパフォーマンスに有益であるし、孤立したアンカー?...

資料

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