Порівняння ефективності підсилення дерев’яних балок армованих вуглецевими композитними стержнями та пластинами

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.287673

Ключові слова:

вуглецеві композитні матеріали, згинальна міцність, жорсткість, ефективність підсилення, дерев’яні балки

Анотація

Дослідження описує результати експериментів з порівняння ефекту конструкційного підсилення для дерев’яних балок, що були підсилені різними вуглецевими композитними матеріалами. Зразки однієї серії підсилювались шляхом наклеювання ззовні на грань балки вуглецевоволоконної пластини. Зразки іншої серії підсилювались шляхом бокового вклеювання всередину балки двох вуглецевоволоконних стержнів.

За програмою досліджень на згин було визначено граничні навантаження та прогини для обох серій. В результаті аналізу результатів і порівняння із непідсиленими зразками із контрольної серії було визначено ефект підсилення балок та модель їх руйнування. Дослідження показали, що ефект зовнішнього підсилення пластиною склав 86.7 % за критерієм повного руйнівного навантаження, 20.5 % за критерієм граничного навантаження, 13.4 % за критерієм граничного прогину. Ефект підсилення стержнями склав 48,6%, 18,6% та 4,1% відповідно. Теоретичний аналіз отриманих результатів показав збіжність до 8,2% із експериментальними результатами.

Зовнішнє підсилення пластиною в порівнянні з боковим вклеюванням стержнів показало кращі результати завдяки розміщенню пластини в зоні максимальних розтягувальних напружень. Таке розміщення ефективніше обмежувало поширення граничних напружень та розвиток тріщин.

Параметри армування зразків (матеріали, розміщення, відсоток армування) підбиралися з умови однакової теоретично прогнозованої несучої здатності після підсилення. Проте, проведені порівняльні експериментальні дослідження виявили відмінності у процесах деформування та руйнування підсилених балок.

Отримані результати сприятимуть прийняттю раціональних проєктних рішень та виборі релевантного способу підсилення дерев’яних балок вуглецевими композитними матеріалами

Біографії авторів

Сергій Степанович Була, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельних конструкцій та мостів

Інститут будівництва та інженерних систем

Андрій Богданович Пелех, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра будівельних конструкцій та мостів

Інститут будівництва та інженерних систем

Посилання

  1. Meier, U. (2001). Strengthening and stiffening of historic wooden structures with CFRP. FRP composites in civil engineering: proceedings of the international conference.
  2. Kawecki, B., Sumorek, A. (2022). Study on Profitability of Combining Wood and CFRP into Composite Based on Mechanical Performance of Bent Beams. Applied Sciences, 12 (20), 10304. doi: https://doi.org/10.3390/app122010304
  3. Plevris, N., Triantafillou, T. C. (1992). FRP‐Reinforced Wood as Structural Material. Journal of Materials in Civil Engineering, 4 (3), 300–317. doi: https://doi.org/10.1061/(asce)0899-1561(1992)4:3(300)
  4. Saucier, J. R., Holman, J. A. (1975). Structural particleboard reinforced with glass fiber-Progress in its development. Forest Prod. J., 25 (9), 69–72.
  5. Bulleit, W. M. (1984). Reinforcement of wood materials: A review. Wood and fiber Science, 3, 391–397. Available at: https://wfs.swst.org/index.php/wfs/article/view/832
  6. Ianasi, A. C. (2015). On the role of CFRP reinforcement for wood beams stiffness. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 95, 012015. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/95/1/012015
  7. Karagöz Işleyen, Ü., Kesik, H. İ. (2021). Experimental and numerical analysis of compression and bending strength of old wood reinforced with CFRP strips. Structures, 33, 259–271. doi: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.04.070
  8. Saad, K., Lengyel, A. (2022). Experimental, Analytical, and Numerical Assessments for the Controversial Elastic Stiffness Enhancement of CFRP-Strengthened Timber Beams. Polymers, 14 (19), 4222. doi: https://doi.org/10.3390/polym14194222
  9. Śliwa-Wieczorek, K., Ostrowski, K. A., Jaskowska-Lemańska, J., Karolak, A. (2021). The Influence of CFRP Sheets on the Load-Bearing Capacity of the Glued Laminated Timber Beams under Bending Test. Materials, 14 (14), 4019. doi: https://doi.org/10.3390/ma14144019
  10. Fiorelli, J., Dias, A. A. (2003). Analysis of the strength and stiffness of timber beams reinforced with carbon fiber and glass fiber. Materials Research, 6 (2), 193–202. doi: https://doi.org/10.1590/s1516-14392003000200014
  11. Corradi, M., Borri, A., Righetti, L., Speranzini, E. (2017). Uncertainty analysis of FRP reinforced timber beams. Composites Part B: Engineering, 113, 174–184. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.01.030
  12. Schober, K., Franke, S., Rautenstrauch, K. (2006). In-situ strengthening of timber structures with CFRP. CIB-W18/39-12-2. Florence. Available at: https://www.researchgate.net/profile/Steffen-Franke-2/publication/306091279_In-situ_strengthening_of_timber_structures_with_CFRP/links/5848237508ae95e1d16651a6/In-situ-strengthening-of-timber-structures-with-CFRP.pdf
  13. Brol, J., Wdowiak-Postulak, A. (2019). Old Timber Reinforcement with FRPs. Materials, 12 (24), 4197. doi: https://doi.org/10.3390/ma12244197
  14. Biscaia, H. C., Chastre, C., Cruz, D., Franco, N. (2017). Flexural Strengthening of Old Timber Floors with Laminated Carbon Fiber–Reinforced Polymers. Journal of Composites for Construction, 21 (1). doi: https://doi.org/10.1061/(asce)cc.1943-5614.0000731
  15. Borri, A., Corradi, M., Grazini, A. (2005). A method for flexural reinforcement of old wood beams with CFRP materials. Composites Part B: Engineering, 36 (2), 143–153. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2004.04.013
  16. Johnsson, H., Blanksvärd, T., Carolin, A. (2006). Glulam members strengthened by carbon fibre reinforcement. Materials and Structures, 40 (1), 47–56. doi: https://doi.org/10.1617/s11527-006-9119-7
  17. Nianqiang, Z., Weixing, S. (2017). Experimental investigations of timber beams strengthened by CFRP and Rebars under bending. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 191, 012043. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/191/1/012043
  18. Wdowiak-Postulak, A. (2022). Strengthening of Structural Flexural Glued Laminated Beams of Ashlar with Cords and Carbon Laminates. Materials, 15 (23), 8303. doi: https://doi.org/10.3390/ma15238303
  19. BS EN 408:2003. Timber structures. Structural timber and glued laminated timber. Determination of some physical and mechanical properties. Available at: https://knowledge.bsigroup.com/products/timber-structures-structural-timber-and-glued-laminated-timber-determination-of-some-physical-and-mechanical-properties-2/standard/details
  20. Carboplate. Available at: https://cdnmedia.mapei.com/docs/librariesprovider58/products-documents/1001_carboplate_gb.pdf?sfvrsn=9e5f46ec_0
  21. Maperod C. Maperod G. Available at: https://cdnmedia.mapei.com/docs/librariesprovider12/products-documents/1_01015_maperod-c_en_cd885f927c8842beab063d7a02cba08f.pdf?sfvrsn=9c63b22d_0
  22. Bula, S., Kholod, M. (2020). Experimental Study of Compressed Ceramic Hollow Brick Masonry Structures Strengthened with GFRP Meshes. Proceedings of EcoComfort 2020, 71–78. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-57340-9_9
  23. Bula, S., Kholod, M. (2022). Experimental Research of Damaged Clay Solid-Brick Masonry Strengthened with GFRP Wrapping. Proceedings of EcoComfort 2022, 48–55. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-14141-6_5
  24. EN 1995-1-1 (2004) (English): Eurocode 5: Design of timber structures - Part 1-1: General - Common rules and rules for buildings. Available at: https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1995.1.1.2004.pdf
  25. CNR-DT 201/2005 (2007). Guidelines for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures. Timber Structures. Available at: https://www.cnr.it/en/node/2637
Порівняння ефективності підсилення дерев’яних балок армованих вуглецевими композитними стержнями та пластинами

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-10-31

Як цитувати

Була, С. С., & Пелех, А. Б. (2023). Порівняння ефективності підсилення дерев’яних балок армованих вуглецевими композитними стержнями та пластинами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(7 (125), 14–22. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.287673

Номер

Том 5 № 7 (125) (2023): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Serhiy Bula, Andriy Pelekh

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.