ZESILOVÁNÍ A STATICKÉ ZAJIŠTĚNÍ KONSTRUKCÍ KOMPOZITNÍ ...szk.fce.vutbr.cz/vyuka/CI57/Zesilování konstrukcí, kompozitní materiály.pdf · Vysoké učení technické v Brně

Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební

Ústav stavebního zkušebnictví

CI 57 Moderní stavební materiály

ZESILOVÁNÍ A STATICKÉ ZAJIŠTĚNÍ KONSTRUKCÍ

KOMPOZITNÍ MATERIÁLY




Důvody a cíle pro statické zesilování a zajištění konstrukcí

- zvýšení užitného zatížení

- oslabení konstrukce

- konstrukční chyba

- prodloužení životnosti

- změna popř. ukončení platnosti normových předpisů

- koroze výztuže nebo předpínacích kabelů

- zvýšení agresivity prostředí

- náhodné nebo mimořádné zatížení




1. Statické zajištění a zesílení betonových konstrukcí

1.1 Starší „klasické“ metody zvýšení únosnosti „zesílení“ ŽB prvků

Zesílení provedené zvýšením únosnosti dobetonováním části prvku k původnímu nosnému systému

- pracnost provedení

- nutný zásah do původní konstrukce

- nelze zaručit dostatečné spolupůsobení betonu




Zesílení vložením nového železobetonového prvku do stávající konstrukce

- pracnost provedení

- nutný zásah do původní konstrukce

- nelze zaručit dostatečné spolupůsobení betonu




1. Statické zajištění a zesílení betonových konstrukcí

1.2 Externí zesílení ocelovými prvky

VÝHODY

- stále se jedná o „železobetonovou“ konstrukci

- možnost mechanického kotvení i pevného lepeného spoje

- svařitelnost

- cenová dostupnost

- široký sortiment typů a druhů ocelových prvků

NEVÝHODY

- koroze výztuže

- nižší únosnosti oproti moderním materiálům

- výrazně vyšší objemová hmotnost




MECHANICKY KOTVENÉ ZESÍLENÍ

Zesílení železobetonového trámového stropu ocelovými U profily kotvenými šroubovým spojem do nosného žebra

Zesílení je funkční zároveň jako ztužení v oblasti obvodového, popř. středního dělícího věnce




STATICKÉ ZAJIŠTĚNÍ NADPRAŽÍ V ROZŠÍŘENÉM DVEŘNÍM OTVORU




EXTERNĚ LEPENÉ ZESÍLENÍ




EXTERNĚ LEPENÉ ZESÍLENÍ




























DODATEČNÉ ZAJIŠTĚNÍ (ZESÍLENÍ) KONSTRUKCÍ PŘEDPJETÍM










1.2 Externí zesílení nekovovými prvky

Vlákny vyztužované polymerní materiály, kompozity skládající se z vysokopevnostních vláken obalené polymerní matricí. Vlákna jsou hlavním nositelem pevnostních vlastností. Rozeznáváme jejich tři základní typy:

skelné, aramidové (kevlarové) uhlíkové. typy pryskyřic

polyesterové, vinylesterové a epoxidové.

MATERIÁL




VÝHODY

- nízká hmotnost

- vysoká tuhost a pevnost

- směrově orientované vlastnosti

- tepelná, chemická odolnost, ohnivzdornost

- nižší tepelná roztažnost

- elektrická a tepelná vodivost

NEVÝHODY

- cena

- konstrukční návrh, výroba

- spoje, opracovatelnost, recyklace

- defektoskopie, opravy

mikroskopická struktura FRP výztuží




ROZDĚLENÍ FRP KOMPOZITŮ

ČÁSTICOVÉ - orientované

- neorientované

VLÁKNOVÉ - jednovrstvé - krátkovláknové - orientované - neorientované (rohože) - dlouhovláknové - jednosměrové - dvousměrové (tkaniny) - 3D tkaniny - vícevrstvé - lamináty - hybridní lamináty - sendviče




JEDNOSMĚROVÉ KOMPOZITY

vlákno = výztuha - přenáší především tahové namáhání - určuje podélný směr L (longitudinal) - Ø cca 5-15 μm - tvoří 40-60% objemu kompozitu matrice = pojivo - přenáší především tlakové namáhání ve všech směrech - drží vlákna (popř. jednotlivé vrstvy) pohromadě - rozkládá lokální namáhání do okolí




MECHANICKÉ VLASTNOSTI - VLÁKNA




VOLBA VLÁKEN

Konstrukční požadavky – Volba vlákna

- Pevnost - Uhlík

- Tuhost - Uhlík

- Houževnatost - Aramid

- Creep - Uhlík

- Únava - Uhlík

- Nízká cena - E sklo

- Korozivzdornost - Sklo

- Nejvyváženější mechanické vlastnosti - E sklo




MECHANICKÉ VLASTNOSTI - MATRICE




MATRICE VLASTNOSTI

Ve vytvrzeném kompozitu se vyžaduje:

- adhezivní pevnost (spojení matrice – vlákna) - teplotní odolnost - únavová pevnost (dlouhodobé, cyklické zatížení) - chemická odolnost - odolnost proti vlhkosti

VOLBA MATERIÁLŮ V MATRICI

Konstrukční požadavky, volba pojiva:

- Ohnivzdornost - Fenol - Korozivzdornost - Bismaleid - Teplotní odolnost - Fenol, Polyamid - Prostup světla - Polyester - Nízká cena - Polyester - Houževnatost - Epoxid, termoplast - Nejvyváženější vlastnosti - Epoxid

EPOXIDOVÁ MATRICE - VLASTNOSTI

dobrá adheze k vláknům nízké smrštění během vytvrzování dobrá chemická odolnost různé pevnostní a tuhostní charakteristiky creepová a únavová odolnost neobsahují styrén, nejsou toxické mohou být samozhášivé




TECHNOLOGIE VÝROBY FRP VÝZTUŽÍ

- matrice + vlákna

- impregnace, prosycení

- umístení smesi (laminát) do formy (+ separační vrstvy, atp.)

- vytvrzení (možno za zvýšené teploty, ozářením) (příčné propojení polymerových řetězců, exotermická reakce)

- demontáž z formy

- konečná úprava




MOŽNÉ ZPŮSOBY VÝROBY FRP VÝZTUŽÍ ( PRVKŮ)

- kontaktní formování - lisování - vakuování - navíjení vláken - tváření profilů (pultruze) - vstřikování




TECHNOLOGIE VÝROBY FRP VÝZTUŽÍ - PULTRUZE soustava vláken, rohoží a roun je tažena s předepsaným předpětím do pryskyřičné lázně prosycená výztuž vstupuje do předtvarovacího prostoru, tvarovací a vytvrzovací hlavy (v případě velké tloušťky stěn je nutné přidat pro vytvrzování mikrovlnné předehřívací zařízení) za vytvrzovací hlavou je tažné zařízení, které je nositelem pohybu celé linky za tažným zařízením je pila, která řeže profil na požadovanou délku.




Proces výroby z organických vláken je rozdělen do tří základních kroků, které mohou být různě modifikovány podle druhu původního vlákna: - nízkoteplotní oxidace a stabilizace na vzduchu při teplotě 200 až 400 °C - karbonizace v inertní atmosféře při teplotě asi 1 000 až 1500 °C. - grafitizace v inertní atmosféře při teplotě přes 2 200 až 3300 OC.




APLIKACE UHLÍKOVÝCH LAMEL NA KONSTRUKCI













APLIKACE UHLÍKOVÝCH LAMEL NA KONSTRUKCI FORMOU PŘEDPJETÍ




TVAR A APLIKACE TKANIN NA KONSTRUKCI










PROFILY Z KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ

dle pojiva: - nejčastěji polyesterová pryskyřice - vinylesterová pryskyřice - epoxidová pryskyřice dle výztuhy: - nejčastěji skelná vlákna - uhlíková vlákna - čedičová vlákna dle technologie výroby: - nejčastěji pultrudované (tažené) - ovíjené




ROŠTY A POKLOPY




SCHODIŠTĚ, LÁVKY, ŽEBŘÍKY

Documents

ZESILOVÁNÍ A STATICKÉ ZAJIŠTĚNÍ KONSTRUKCÍ KOMPOZITNÍ ...szk.fce.vutbr.cz/vyuka/CI57/Zesilování konstrukcí, kompozitní materiály.pdf · Vysoké učení technické v Brně