At opnå stærke strukturer med kulfiberforstærket plast

Forskere fra Structural Engineering Laboratory, Institut for Arkitektur og Anlæg, Toyohashi University of Technology har udviklet et nyt koncept til forstærkning af stål i kritiske bygningskonstruktioner ved hjælp af bindefri kulfiberforstærkede plast (CFRP) laminater for at forbedre knækevnen af ​​strukturelle stålelementer. Denne metode kræver ikke ståloverfladebehandling før CFRP-påføring, fordi CFRP ikke er bundet til overfladen, som bidrager til strukturel styrke gennem sin bøjningsstivhed. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Bygge- og byggematerialer i begyndelsen af ​​2020.

Efter sin succes med armering af beton inden for civilingeniørområdet, CFRP er nu blevet udviklet som et middel til at forstærke stålelementer i stedet for at bruge konventionelle stålplader. CFRP foretrækkes, fordi det giver flere fordele, såsom lav vægt, højt styrke-til-vægt-forhold, og fremragende trætheds- og korrosionsbestandighed. Til dato, imidlertid, forskning og udvikling inden for forstærkning af stål ved hjælp af CFRP har primært fokuseret på limningsteknikker, hvor CFRP fastgøres til ståloverflader ved hjælp af et klæbemiddel. Bonded forstærkning giver ulemper, da komplekse og tidskrævende overfladebehandlinger er påkrævet før CFRP installation. I øvrigt, bindingsstyrkeydelsen mellem stål og CFRP, som er nøgleaspektet i denne styrketeknik, kan også falde betydeligt på grund af miljøeksponering gennem hele levetiden. At erstatte denne tilgang med en anden ny bundet CFRP-teknik er ikke særlig passende løsning, fordi det er usandsynligt, at det er omkostningseffektivt.

Forskerholdet udviklede sin metode til at styrke stål ved hjælp af CFRP, for hvilket de ikke klæbede det til ståloverfladen. Denne metode har vist sig at forsinke knækning og øge kompressionskapaciteten af ​​stålstænger, hvor kapacitetsforøgelsen påvirkes af antallet af anvendte kulfiberlag.

"Som et alternativ til stålforstærkningsmetoden ved hjælp af CFRP, som er bundet til ståloverfladen, vi udviklede denne ubundne CFRP-metode, " forklarede den primære forfatter, Fengky Satria Yoresta. "De største fordele ved denne metode er, at den er nemmere og mindre tidskrævende at implementere, især når det anvendes på de eksisterende elementer i bygningskonstruktioner. Der er ikke behov for flere besværlige ståloverfladebehandlinger, såsom sandblæsning, sandblæsning, eller håndslibning, og dette fører til betydelige omkostningsbesparelser, " han sagde.

Lektor Yukihiro Matsumoto, lederen af ​​forskergruppen, tilføjet, "Næsten alle tidligere undersøgelser brugte klæbende sammenføjninger til at styrke stålelementer med CFRP. Denne metode er ret kompleks, fordi der kræves passende ståloverfladebehandlinger før påføring af CFRP for at opnå en acceptabel binding mellem CFRP og ståloverfladen. Overfladen Behandlingsbetingelser påvirker også bindingsstyrkerne."

"I øvrigt, vi kan ikke perfekt estimere virkningerne af miljøeksponering i løbet af levetiden på bindingsevnen mellem CFRP og stål. Som sådan, vi søgte at forbedre konventionelle metoder ved at udvikle vores egen bindingsfrie styrkemetode."

"Den ubundne forstærkningsmetode er nyttig, let at påføre, og overskuelig, " sagde han. "Men vores metode overfører ikke stress jævnt, så der skulle etableres en passende mekanisk model. Følgelig, vi udførte mekaniske simuleringer og eksperimenter for at demonstrere dette, " han tilføjede.

Resultaterne af deres arbejde får forskerteamets medlemmer til at tro, at den obligationsfrie CFRP-metode ikke kun kan anvendes inden for civilingeniør, men også til andre områder, såsom dem i rumfart, bilindustrien, og marine industrier. Denne lovende nye metode forventes at blive taget i brug for hurtigt at producere innovative, produkter af høj kvalitet.