KONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8441
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Materiály    Nekovové vláknové kompozity FRP v betónových, sprchnutých a hybridných FRP – betónových konštrukciách

Nekovové vláknové kompozity FRP v betónových, sprchnutých a hybridných FRP – betónových konštrukciách

Publikováno: 1.6.2009
Rubrika: Materiály

Použitie vláknom vystužených plastov (FRP) vo vystužených a predpätých konštrukciách ako alternatívy k oceľovej výstuži má v poslednom desaťročí vzrastajúcu tendenciu. Výhody použitia FRP lán a tyčí sú v tom, že tieto materiály sú nekorodujúce, majú nízku hmotnosť, sú nevodivé, magneticky neutrálne a majú vysokú pevnosť v ťahu. Odolnosť voči korózii FRP výstuží je veľkou výhodou hlavne pri mostoch, ktorých prevádzková životnosť je často obmedzená koróziou výstuže. Teda použitie FRP výstuží môže viesť k značnému zvýšeniu trvanlivosti takýchto konštrukcií.

V súčasnosti vysoká cena, nedostatok skúseností s navrhovaním, tvarovateľnosť (požadovaný tvar je potrebné zabezpečiť už pri výrobe výstuže) obmedzuje použitie FRP výstuží v konštrukciách z predpätého a vystuženého betónu. Väčšina aplikácií v súčasnosti je obmedzená na prípady, kedy je použitie FRP materiálov nevyhnutné. Takéto aplikácie zahŕňajú konštrukcie stropov a základov, ktoré prenášajú zariadenia citlivé na magnetizmus a konštrukcie vystavené agresívnemu prostrediu (morské prostredie, chemické prevádzky). Základné materiálové charakteristiky a „využiteľnosť“ výstuže FRP v porovnaní s oceľou sú zrejmé z obrázka 1. V nasledujúcom texte sú stručne uvedené niektoré výsledky výskumu autorov – betónové nosníky s pasívnou a predpätou výstužou, veľmi tenká betónová doska strateného debnenia s výstužou GFRP a hybridný GFRP-betónový nosník.

BETÓNOVÉ NOSNÍKY S PASÍVNOU ALEBO PREDPÄTOU VÝSTUŽOU GFRP [1], [2]
Teoretickou a experimentálnou analýzou boli v prvej fáze dlhodobého výskumu overované možnosti a reálne predpoklady použitia výstuže z tyčí GFRP v betónových, ohybom namáhaných nosníkoch jednoducho vystužených (nepredpätých). Na grafe 1 je porovnané správanie sa takýchto nosníkov v porovnaní so železobetónovými nosníkmi. V tomto výskume boli použité GFRP tyče s pevnosťou 600 MPa a modulom pružnosti 40 GPa. Veľmi nízky modul pružnosti výstuže je príčinou veľkých priehybov, ktoré sú sprevádzané širokým roztváraním trhlín. Keďže však výstuž GFRP nie citlivá na koróziu, možno povedať, že jediným limitujúcim kritériom používateľnosti zostáva priehyb. 

Druh výstuže Pevnosť v ťahu [MPa]
Oceľové tyče (výstuž) 450–900
Oceľ predpínacia 1.300–1.900
GFRP tyče 500–1.200
GFRP predpínacia 1.300–1.700
CFRP predpínacia 1.650–2.400
AFRP predpínacia 1.200–2.000

 

Aj z uvedeného konštatovania vyplýva, že na zníženie neakceptovateľne veľkých priehybov (cca 1/75 L pri nosníku s GFRP v porovnaní s ~ 1/290 L pre žb. nosník) je vhodným riešením aktivovanie výstuže GFRP. V druhej sérii experimentálneho programu [1] preto boli teoretickej aj experimentálnej analýze (pri pôsobení krátkodobého statického zaťaženia) podrobené betónové nosníky s rovnakým stupňom vystuženia výstužou GFRP, ale táto bola predopnutá.

Na hladine namáhania zodpovedajúcej teoretickej únosnosti boli zistené priehyby cca 1/770 L – ako je to vidieť z grafu 2. Na tomto obrázku možno tiež pozorovať, že teoretická únosnosť stanovená podľa STN EN 1992 je asi o 4 % nižšia ako únosnosť podľa STN 73 1201 (teda pôvodnej československej normy). Možno tiež konštatovať, že použitím výkonného softvéru (LUSAS, ATENA) možno dosiahnuť veľmi dobrú simuláciu skutočného pôsobenia betónového nosníka predpätého tyčami GFRP.

VEĽMI TENKÉ BETÓNOVÉ DOSKY S PASÍVNOU VÝSTUŽOU GFRP
Podstatná vlastnosť výstuže FRP – jej korózna odolnosť sa najvýraznejšie prejaví v navrhovaní a realizácii tenkých betónových dosiek. Potrebná krycia vrstva betónu je determinovaná len statickou požiadavkou (zabezpečenie prenosu síl z výstuže do betónu). Takto dosiahnuté zníženie vlastnej tiaže sa dá vyjadriť niekoľkými desiatkami percent, čo má viacnásobný priaznivý efekt (úspora materiálu, dopravných a manipulačných nákladov, vzhľad,…).

Na vydebnenie medzier medzi prefabrikátmi sa v minulosti používali azbestocementové dosky, neskôr tenké železobetónové dosky s oceľovou výstužou. Po sprísnení kritérií trvanlivosti sa stratené debnenie z „mohutných“ železobetónových dosiek (s veľkou krycou vrstvou betónu) stali neefektívnymi. A práve tu nachádza uplatnenie výstuže GFRP mimoriadne veľký význam. Použitím jemnozrnného betónu a výstuže GFRP možno navrhnúť a vhodne uplatniť veľmi tenké dosky strateného debnenia, ktorých jednou z najdôležitejších výhod je možnosť ručnej manipulácie. Obr. 2 približuje tvar a rozmery takejto dosky, ktorá bola podrobne teoreticky a experimentálne analyzovaná.

Získané výsledky sú veľmi priaznivé a sľubné. Nosná funkcia dosiek je krátkodobá – do doby zatvrdnutia betónu dosky spriahujúcej prefabrikované nosníky (napr. mostné prefabrikované nosníky), čo je niekoľko hodín. Jeden z hlavných problémov GFRP (ktorý môže ovplyvniť aj betónové nosné prvky s výstužou GFRP), intenzívne dotvarovanie, sa tu vôbec neprejaví a je úplne nepodstatný. Pracovný diagram (teoretický a experimentálny) – graf 3, ako aj fotografická ilustrácia na obrázku 2 podporujú predchádzajúce tvrdenia.

HYBRIDNÉ GFRP – BETÓNOVÉ NOSNÉ PRVKY [2], [3]
Výhody strateného debnenia z profilov GFRP vyplývajú z jeho troch funkcií: je samonosným debnením počas betonáže, spolupodieľa sa na nosnej funkcii betónového nosného prvku a napokon trvalo zabezpečuje ochranu betónu, ako aj prípadnej vnútornej oceľovej výstuže. Usporiadanie krátkodobej zaťažovacej skúšky hybridného GFRP-betónového nosníka vidno na obrázku 3. Z pracovného diagramu (graf 4) vidno, že príspevok GFRP v nosnej kapacite hybridného nosníka je asi 100 % v porovnaní so železobetónovým nosníkom. Profil GFRP tu pôsobí ako externá, na povrchu betónu súdržná výstuž.

ZÁVER
Aj uvedené príklady dokumentujú, že materiály FRP sú reálnym a perspektívnym alternatívnym riešením v modernom betónovom staviteľstve. Jedným z podstatných prínosov je možnosť zníženia vlastnej tiaže z dôvodu možnosti zníženia betónovej krycej vrstvy, čo sa najvýraznejšie prejaví v tenkých betónových doskách (primárna úspora materiálu, sekundárna úspora na doprave a manipulácii…). V súčasnosti je cena GFRP výstuže vyššia (alebo vysoká) v porovnaní s oceľovou výstužou. Napríklad výstuž GFRP s návrhovou pevnosťou 435 MPa, tyč priemeru 5 mm s opieskovaným povrchom môže mať cenu asi 0,25 €/bm, ale cena tyče priemeru 8 mm s periodickým povrchom v najvyššej kvalite (aj s dôrazom na trvanlivosť) môže byť okolo 1,4 €/bm. Aj napriek tomu, alebo vďaka iným, priaznivým vlastnostiam, existuje viacero praktických aplikácií GFRP v rôznej funkcii a na rôznych typoch stavieb.

PRÍKLADY POUŽITIA GFRP VÝSTUŽÍ

  • Schiessbergstrasse Bridge (Leverkusen Nemecko 1991)
    – trojpoľový doskový most predpätý GFRP výstužou (27 káblov v každom 19 drôtov Polystal)
  • Nötsch Bridge (Rakúsko, Korutánsko 1992)
    – trojpoľový doskový most predpätý GFRP výstužou (41 káblov v každom 19 drôtov Polystal)
  • Morristown Bridge (Vermont USA 2002)
    – jednopoľový spriahnutý oceľovo betónový most s mostovkovou doskou vystuženou GFRP výstužou pri oboch povrchoch
  • Wotton Bridge (Quebec Kanada 2001)
    – jednopoľový nosníkový most s rozpätím 30,6 m, betónová mostovka vystužená GFRP a CFRP výstužou. Spojite vystužená betónová vozovka (Západná Virgínia, USA 2007) – experimentálny projekt betónovej vozovky so spojitou GFRP výstužou
  • Refugio County Bridge (Texas, USA 2007)
    – jednopoľový most s hybridnou FRP-betónovou nosnou konštrukciou

Článok vznikol s podporou grantu VEGA č. 1/4201/07 Pôsobenie konštrukčných prvkov z nekovových vláknových kompozitov FRP v  betónových, spriahnutých a hybridných FRP-betónových konštrukciách.

LITERATÚRA:
[1] Naď, Ľ. a kol.: Kompozity zo sklenených vlákien ako prostriedok na zvýšenie efektívnosti a trvanlivosti betónových konštrukcií. Grant VEGA č. 1/0356/03, SvF TU Košice 2003–2005
[2] Naď, Ľ. a kol.: Konštrukčná adaptácia železničných mostov na vysokorýchlostnú prevádzku – príspevok k rozvoju zaostávajúceho regiónu. Úloha vedy a výskumu MVRR SR – Inžinierske stavby, a. s. Košice – SvF TU Košice, 2004–2006
[3] Naď, Ľ., Špernoga, B., Bajzecer, A.: Structural stay-in-place GFRP formwork-concrete deck, new type of composite structure. FRPRCS-8, 8th International Symposium on Fiber Reinforced Polymer Reinforcement for Concrete Structures, Patras, Greece, July 16–18, 2007

Prof. Ing. Ľudovít Naď, CSc., od roku 2007 pracuje v projektovokonzultačnej spoločnosti Alfa 04 a. s. Bratislava a venuje sa projektovaniu dopravných stavieb s hlavným dôrazom na mosty. Predtým, takmer 30 rokov pôsobil na Stavebnej fakulte TU v Košiciach, kde sa okrem iného, venoval konštrukčnej a technologickej analýze betónových mostov a mnoho rokov aj výskumu so zameraním na alternatívne vystužovanie betónových konštrukcií s využitím FRP materiálov.

Ing. Anton Bajzecer, od roku 2007 pracuje v projektovokonzultačnej spoločnosti Alfa 04 a. s. Bratislava a venuje sa projektovaniu mostov. Dovtedy 7 rokov pôsobil na Stavebnej fakulte TU v Košiciach a vo výskume sa zameriaval na uplatnenie materiálov FRP v betónových konštrukciách.

Non-metal Fiber Composites FRP in Concrete, Coupled and Hybrid FRP – Concrete Constructions
The paper is focused on possible use of new structural material, non-metallic fiber composites – FRP. FRP elements are in concrete construction generally used in the form of ordinary reinforcing bars, prestressing units, or as structural profiled elements. Presented results of theoretical as well as experimental investigations were obtained during long time research of the authors. First, concrete beams reinforced and/or prestressed with GFRP bars were tested. Then, extremely thin concrete plates reinforced also with GFRP rods were designed for stay-in-place formwork between two adjacent precast prestressed concrete beams in bridge construction. In the third part, hybrid GFRP – concrete structural elements were analyzed, using GFRP three-dimensional profiles as multifunctional elements.

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Obr. 1 – Pracovné diagramy, pevnosti a „využiteľnosť“ výstuže FRP v predpätom betóne v porovnaní s oceľovou výstužouGraf 1 – Teoretické a experimentálne získané pracovné diagramy nosníkov vystužených oceľovou betonárskou výstužou a tyčami GFRPGraf 2 – Teoretické a experimentálne získané pracovné diagramy nosníkov predpätých tyčami GFRPGraf 3 – Úplné pracovné diagramy veľmi tenkých betónových dosiek s výstužou GFRP (viditeľný je nepriaznivý vplyv zmrašťovacích trhlín dosiek prvej série)Obr. 2 – Schéma tenkej betónovej dosky strateného debnenia s výstužou GFRPObr. 3 – Zaťažovanie tenkých betónových dosiek s výstužou GFRP – návrhové zaťaženie 2,4 kNObr. 3 – Zaťažovanie tenkých betónových dosiek s výstužou GFRP zaťaženie 5,25 kN v najefektívnejšej poloheObr. 4 – Priečny rez a pozdĺžne usporiadanie zaťažovacej skúšky GFRP-betónového nosníkaGraf 4 – Teoretický a experimentálne získaný pracovný diagram hybridného GFRP-betónového nosníka a teoretický pracovný diagram nosníka bez spolupôsobenia profilu GFRP

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

Asfaltové směsi a vrstvy mostních vozovek – revize ČSN 73 6242 (118x)
V oblasti mostních asfaltových konstrukčních vrstev, které zahrnují ochranné vrstvy izolací a kryt vozovky musela být no...
Hutnění asfaltových směsí v laboratoři: vliv hutnění na chování asfaltových směsíHutnění asfaltových směsí v laboratoři: vliv hutnění na chování asfaltových směsí (80x)
Hutněním pokládaných asfaltových směsí se snažíme docílit jejich optimálních vlastností, a to z hlediska následné veliko...
Asfaltové vozovky v tunelechAsfaltové vozovky v tunelech (74x)
V současné době je v ČR legislativně umožněno používat do silničních tunelů delších než 1 km pouze vozovky s cementobeto...

NEJlépe hodnocené související články

Ověření konstrukce pražcového podloží s využitím asfaltové směsi se 70 % R-materiáluOvěření konstrukce pražcového podloží s využitím asfaltové směsi se 70 % R-materiálu (5 b.)
Příspěvek se zabývá alternativním uplatněním R-materiálu vzniklého z konstrukčních vrstev asfaltového betonu. Je uveden ...
Příhradové vibrační lišty Atlas Copco umožňují hutnit až 25 m široké pásyPříhradové vibrační lišty Atlas Copco umožňují hutnit až 25 m široké pásy (5 b.)
Vibrační lišty na beton z dílny švédské firmy Atlas Copco patří ke světové špičce. Nejen proto, že nabízí řešení pro kaž...
Gumoeko ELASTICKÁ polymerní směs CGA pro aplikaci do asfaltuGumoeko ELASTICKÁ polymerní směs CGA pro aplikaci do asfaltu (5 b.)
Výhody využití polymerní směsi: přídavkem polymerní směsi v asfaltu se zvýší jeho elasticita nezávisle na teplotě voz...

NEJdiskutovanější související články

Mýty a realita chování patinující oceli při jejím použití na mostních konstrukcích v České republiceMýty a realita chování patinující oceli při jejím použití na mostních konstrukcích v České republice (4x)
Příspěvek se zabývá hodnocením výsledků tvorby ochranné vrstvy patinujících ocelí u ocelových konstrukcí, které byly umí...
Současné problémy provádění diagnostického průzkumu netuhých vozovek a jejich možné řešeníSoučasné problémy provádění diagnostického průzkumu netuhých vozovek a jejich možné řešení (1x)
Špatný stav našich silnic, často prezentovaný v médiích, není způsoben tím, že bychom silnice neuměli stavět. Hlavní pří...
Geopolymery: budoucnost mostního stavitelství?Geopolymery: budoucnost mostního stavitelství? (1x)
Velký obdiv zcela jednoznačně patří stavitelům z dob minulých, jejichž důmyslné a propracované stavby po staletí zdobí k...

Server Vodohospodářské stavby

Rekonstrukce Vodního díla Nechranice

Rekonstrukce Vodního díla Nechranice