Details

Strengthening of concrete structures by the use of mineral based composites :system and design models for flexure and shear

by Blanksvärd, Thomas, PhD

Abstract (Summary)
En betydande del av samhällets tillgångar är investerade i vår existerande infrastruktur som t ex järnvägsbroar, vägbroar, tunnlar, dammar,, fastigheter etc. En majoritet av dessa konstruktioner är byggda av armerad betong. Samtliga av dessa betongkonstruktioner har både en förväntad funktion och en förväntad livslängd. Men både funktionen och livslängden kan komma att ändras på grund av yttre påverkande faktorer som till exempel nedbrytning och förändrade belastningsförhållanden. Ytterligare kan vara tidiga misstag i projekteringsfasen eller under själva uppförandet. Genom reparation och/eller förstärkning kan både funktion och livslängd hos dessa konstruktioner ofta återställas eller till och med uppgraderas. Förstärkning av betongkonstruktioner genom att limma fast kolfiberväv eller kolfiberkompositer har visat sig vara en bra och tillförlitlig metod för att öka bärförmågan hos befintliga konstruktioner. Det lim som till största delen används vid denna typ av förstärkning är epoxilim. Dessvärre har epoxilim vissa nackdelar, så som diffusionstäthet, dålig termisk kompabilitet med betong och krav på skyddad arbetsmiljö. Ytterligare en begränsande faktor är kravet på omgivande temperatur vid limning. Vissa av dessa nackdelar kan reduceras genom att byta ut epoxilimmet mot en mineralbaserad vidhäftningsprodukt med egenskaper liknande betongens.Förstärkningssystemet som omfattas av denna avhandling har benämningen "mineralbaserade kompositer" (MBC) och omfattar kolfibernät med hög draghållfasthet som fästs på befintlig betongkonstruktion med ett cementbaserat bruk.Det vetenskapliga förfarandet i denna avhandling omfattar analytiska metoder för att beskriva bärförmågan för den förstärkta betongkonstruktionen i både böjning och tvärkraft. De analytiska metoderna är sedan verifierade mot laboratorieförsök. Utöver de teoretiska och experimentella resultaten för MBC systemet så ingår även en aktuell granskning och kartläggning av existerande mineralbaserade förstärkningssystem och därmed möjliga materialkombinationer och utformningar, dvs. andra än MBC systemet.Avhandlingen består av en litteraturstudie och sex bifogade artiklar.Den första artikeln beskriver hur MBC system uppför sig vid förstärkning i böjning. I denna artikel ingår provning av en större betongplatta som förstärkts med MBC systemet och epoxibaserade system samt en parametersstudie på småskaliga provkroppar med MBC systemet och olika cementbaserade bruk.Den andra artikeln beskriver hur förstärkningssystemet presterar vid förstärkning i tvärkraft. Denna studie omfattar experimentella resultat på 23 balkar med olika betongkvalitéer, armeringsmängd samt olika variationer av MBC systemet och jämförelse mot traditionell epoxibaserad förstärkning. Dessutom innehåller denna artikel en analytisk uppskattning av tvärkraftskapaciteten.Den tredje artikeln beskriver olika existerande förstärkningssystem och hur dessa presterar i jämförelse med MBC systemet i böjning och tvärkraft.Den fjärde artikeln kartlägger olika möjligheter till att kombinera material i mineralbaserade förstärkningssystem för att optimera dessa system. Dessutom ingår även experimentella försök med ett högpresterande fiberförstärkt cementbruk (ECC). Denna artikel omfattar även resultat och diskussion om MBC systemets beteende i enaxligt drag, brottenergiupptagande förmåga samt hur dessa observationer kopplas till iakttagelser i böj- och tvärkraftsförstärkning.Den femte artikeln behandlar en rekommendation till dimensionering för tvärkraft av MBC systeme baserat på traditionella dimensioneringsmetoder med fackverksteori samt en ny tillämpning baserat på tryckfältsteori.Det sjätte bidraget beskriver hur töjningsutvecklingen sker i tvärkraft för betongbalkar med och utan MBC systemet.Resultaten från dessa undersökningar indikerar på att MBC systemet bidrar till att öka bärförmågan hos förstärkta betongelement och att denna ökning kan i vissa avseenden jämföras mot epoxibaserad förstärkning. Det är även visat att MBC systemet, i tvärkraftsförstärkning, bidrar till att minska töjningar i det armerade betongtvärsnittet i övergångszonen mellan tillväxten av mikrosprickor till makro sprickor samt att töjningarna reduceras även under öppningen av makrosprickor. Analytiska metoder för att uppskatta bärförmåga för förstärkning i böjning och tvärkraft är redovisade och dessa indikerar på att realistiska uppskattningar är möjliga. Dimensionering av bärförmågan i böjning är relativt enkel medan dimensionering i tvärkraft är lite mer komplicerad. En av slutsatserna gällande tvärkraftsdimensioneringen är att det är möjligt på ett enkelt sätt använda befintliga dimensionerings anvisningar grundade i "additions" principen för att uppnå en säker uppskattning av bärförmågan i tvärkraft.
Bibliographical Information:

Advisor:

School:Luleå tekniska universitet

School Location:Sweden

Source Type:Doctoral Dissertation

Keywords:

ISBN:978-91-86233-23-5

Date of Publication:01/01/2009

© 2009 OpenThesis.org. All Rights Reserved.