Zastosowanie wzmocnień kompozytowych w istniejących konstrukcjach
Application of composite reinforcements in existing structures
Widok żebra przed wykonaniem wzmocnienia; fot. Ł. Drobiec, J. Biernacki
Z biegiem czasu obiekty budowlane ulegają procesom starzenia i awariom [1, 2]. Aby zminimalizować skutki negatywnych oddziaływań lub przywrócić stan pierwotny budowli, stosowane są różne materiały i technologie [3]. Na przestrzeni ostatnich lat pojawiło się wiele innowacyjnych rozwiązań technologicznych związanych ze wzmacnianiem konstrukcji. Materiały kompozytowe są stosowane nie tylko w przypadku starych obiektów budowlanych. Można je spotkać również w nowych budynkach przechodzących zmiany projektowe na etapie wykonawczym [4–6].
Zobacz także
mgr inż. Remigiusz Jokiel, prof. dr hab. inż. Łukasz Drobiec Projektowanie wzmocnień konstrukcji murowych systemami FRCM w świetle badań i zaleceń normowych
Projektowanie wzmocnień konstrukcji powinno się prowadzić w oparciu o aktualne przepisy normowe. Oczywiście zgodnie z ustawą o normalizacji stosowanie norm nie jest obowiązkowe, ale fakt ich przywołania...
Projektowanie wzmocnień konstrukcji powinno się prowadzić w oparciu o aktualne przepisy normowe. Oczywiście zgodnie z ustawą o normalizacji stosowanie norm nie jest obowiązkowe, ale fakt ich przywołania w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, powoduje, że ich zastosowanie zapewnia spełnienie warunków stanu granicznego nośności i użytkowalności.
prof. dr hab. inż. Łukasz Drobiec Projektowanie wzmocnień konstrukcji murowych z użyciem systemu FRCM (cz. 1)
Wzmocnienie systemem FRCM polega na utworzeniu konstrukcji zespolonej: muru lub żelbetu ze wzmocnieniem, czyli kilkumilimetrową warstwą zaprawy z dodatkowym zbrojeniem. Jako zbrojenie stosuje się siatki...
Wzmocnienie systemem FRCM polega na utworzeniu konstrukcji zespolonej: muru lub żelbetu ze wzmocnieniem, czyli kilkumilimetrową warstwą zaprawy z dodatkowym zbrojeniem. Jako zbrojenie stosuje się siatki z włókien węglowych, siatki PBO (poliparafenilen-benzobisoxazol), siatki z włóknami szklanymi, aramidowymi, bazaltowymi oraz stalowymi o wysokiej wytrzymałości (UHTSS – Ultra High Tensile Strength Steel). Zbrojenie to jest osadzane w tzw. mineralnej matrycy cementowej, w której dopuszcza się niewielką...
prof. dr hab. inż. Łukasz Drobiec Projektowanie wzmocnień konstrukcji murowych z wykorzystaniem systemu FRCM (cz. 2)
Artykuł jest kontynuacją tekstu opublikowanego w numerze 2/2023 miesięcznika IZOLACJE.
Artykuł jest kontynuacją tekstu opublikowanego w numerze 2/2023 miesięcznika IZOLACJE.
*****
W artykule omówiono praktyczne wykorzystanie materiałów kompozytowych współcześnie stosowanych przy wzmacnianiu istniejących konstrukcji. Zaprezentowano przekrój możliwych zastosowań i objaśniono słuszność i zasady ich doboru. W publikacji można też odnaleźć informacje na temat optymalnych sposobów stosowania wzmocnień zależności od konstrukcji wymagającej wzmocnienia.
Application of composite reinforcements in existing structures
The article discusses the practical use of composite materials currently employed in strengthening existing structures. It presents an overview of possible applications and explains the rationale and principles for their selection. The publication also provides information on optimal methods for applying reinforcements, depending on the structure in need of strengthening.
*****
Wzmacnianie konstrukcji przy użyciu kompozytów jest stosunkowo nową, ale intensywnie rozwijaną technologią. Do wzmocnień wykorzystuje się liczne rodzaje i typy materiałów kompozytowych włókna węglowe (CFRP – carbon fiber reinforced polymer), szklane (GFRP – glass fiber reinforced polymer), aramidowe (AFRP – aramid fiber reinforced polymer). Najbardziej innowacyjnym typem włókien o potwierdzonych właściwościach są włókna PBO (p-Phenylene Benzobis Oxazole) [7–9].
Poznaj: Metodykę wzmacniania murowanych sklepień
Konstrukcje możemy wzmacniać na różne sposoby. Poprzez zszywanie jej (FOT. 1–2) przy użyciu zbrojenia, powierzchniowo z zastosowaniem mat kompozytowych lub przez dodanie konstrukcji wsporczej. Możliwe jest też wzmocnienie przy wykorzystaniu taśm kompozytowych wykonanych ze wspomnianych już włókien.
Kompozyt z włókien PBO
Włókna PBO (poli (p-fenyleno-2,6-benzobisoksazolu) są rodzajem włókien polimerowych. Jest to rodzaj kompozytowego materiału wzmacniającego opracowanego w Stanach Zjednoczonych w latach 80. XX wieku na potrzeby rozwoju przemysłu lotniczego. Jest jednym z najbardziej obiecujących członków rodziny poliamidów zawierających heterocykliczne grupy aromatyczne i jest znany jako superwłókno XXI wieku.
PBO ma doskonałe właściwości fizyczne, mechaniczne i chemiczne. Jego wytrzymałość i moduł są dwukrotnie większe niż włókna kevlarowe, a także są odporne na ciepło i ogień. Co więcej, swoimi właściwościami fizycznymi i chemicznymi całkowicie przewyższa włókno Kevlar, zajmując wiodącą pozycję w dziedzinie włókien o wysokiej wydajności. Filamenty PBO o średnicy 1 mm wytrzymują obciążenie do 450 kg i są 10 razy mocniejsze od drutu stalowego podobnej średnicy. Włókno to stosuje się również coraz częściej w budownictwie. Maty kompozytowe z włókien PBO wykorzystuje się w tzw. technologii FRCM.
Politechnika Śląska we współpracy z firmą Visbud-Projekt Sp. z o.o. prowadzi liczne badania nad wzmocnieniem włóknami PBO konstrukcji murowych i żelbetowych. Zarówno w konstrukcjach ściskanych, jak i zginanych zastosowane tkaniny spełniły wysokie wymagania dotyczące przyczepności do konstrukcji oraz skutecznie zwiększyły nośność elementów na ściskanie, jak i zginanie. Kolejnym etapem badań będą prace nad określeniem zdolności mat kompozytowych PBO do przenoszenia sił rozciągających działających na element.
Wzmacnianie konstrukcji przy wykorzystaniu technologii FRCM
Literatura
1. Ł. Drobiec, „Przyczyny awarii i katastrof obiektów zabytkowych”, monografia „Awarie budowlane. Zapobieganie, diagnostyka, naprawy, rekonstrukcje”, Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie, s. 33–52.
2. Ł. Drobiec, „Przyczyny uszkodzeń murów”, XXII Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk, 7–10 marca 2007 r., t. I, s. 105–147.
3. A. Barbieri, G. Mantegazza, A. Gatti, „Wzmacnianie ścian murowanych za pomocą laminatów z włókna węglowego z matrycą cementową FRCM”, „Materiały Budowlane” 2/2006, s. 26–28.
4. Ł. Bednarz, M. Jackiewicz, G. Wojciechowska, M. Rutkowski, „Możliwość aplikacji kompozytów FRCM w żelbetowych obiektach historycznych”, „Materiały Budowlane” 11/2016, s. 136–139.
5. Ł. Bednarz, „Praca statyczna zabytkowych, zakrzywionych konstrukcji ceglanych poddanych zabiegom naprawy i wzmacniania”, praca doktorska, Politechnika Wrocławska, 2008.
6. Ł. Drobiec, „Naprawa rys i wzmocnienia murowanych ścian”, XXX Jubileuszowe Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk 25–28 marca 2015, t. I, s. 323–398.
7. Ł. Drobiec, „Metody wzmocnienia murowanych sklepień”, „Materiały Budowlane” 5/2017, s. 6–7.
8. Ł. Drobiec, J. Biernacki, „Metodyka wzmacniania murowanych sklepień”, „IZOLACJE” 3/2022, s. 36–42.
9. Ł. Drobiec, J. Biernacki „Wzmacnianie konstrukcji murowych przy pomocy siatek kompozytowych PBO”, „IZOLACJE” 5/2023, s. 16–19.
10. Ł. Drobiec, „Projektowanie wzmocnień konstrukcji murowych systemem FRCM (cz. 1)”, „IZOLACJE” 2/2023, s. 58–62.
11. Ł. Drobiec, „Projektowanie wzmocnień konstrukcji murowych systemem FRCM (cz. 2)”, „IZOLACJE” 3/2023, s. 82–87.
