Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
ZESILOVÁNÍ A STATICKÉ ZAJIŠTĚNÍ KONSTRUKCÍ
KOMPOZITNÍ MATERIÁLY
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
Důvody a cíle pro statické zesilování a zajištění konstrukcí
-
zvýšení užitného zatížení
oslabení konstrukce
konstrukční chyba
prodloužení životnosti
změna popř. ukončení platnosti normových předpisů
koroze výztuže nebo předpínacích kabelů
zvýšení agresivity prostředí
náhodné nebo mimořádné zatížení
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
1. Statické zajištění a zesílení betonových konstrukcí
1.1 Starší „klasické“ metody zvýšení únosnosti „zesílení“ ŽB prvků
Zesílení provedené zvýšením únosnosti dobetonováním části prvku k
původnímu nosnému systému
-
pracnost provedení
nutný zásah do původní konstrukce
nelze zaručit dostatečné spolupůsobení betonu
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
Zesílení vložením nového železobetonového prvku do stávající konstrukce
-
pracnost provedení
nutný zásah do původní konstrukce
nelze zaručit dostatečné spolupůsobení betonu
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
1. Statické zajištění a zesílení betonových konstrukcí
1.2 Externí zesílení ocelovými prvky
VÝHODY
- stále se jedná o „železobetonovou“ konstrukci
- možnost mechanického kotvení i pevného lepeného spoje
- svařitelnost
- cenová dostupnost
- široký sortiment typů a druhů ocelových prvků
NEVÝHODY
- koroze výztuže
- nižší únosnosti oproti moderním materiálům
- výrazně vyšší objemová hmotnost
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
MECHANICKY KOTVENÉ ZESÍLENÍ
Zesílení železobetonového trámového stropu
ocelovými U profily kotvenými šroubovým
spojem do nosného žebra
Zesílení je funkční zároveň jako ztužení v
oblasti obvodového, popř. středního dělícího
věnce
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
STATICKÉ ZAJIŠTĚNÍ NADPRAŽÍ V ROZŠÍŘENÉM DVEŘNÍM OTVORU
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
EXTERNĚ LEPENÉ ZESÍLENÍ
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
EXTERNĚ LEPENÉ ZESÍLENÍ
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
DODATEČNÉ ZAJIŠTĚNÍ (ZESÍLENÍ) KONSTRUKCÍ PŘEDPJETÍM
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
1.2 Externí zesílení nekovovými prvky
MATERIÁL
Vlákny vyztužované polymerní materiály, kompozity skládající se z vysokopevnostních
vláken obalené polymerní matricí.
Vlákna jsou hlavním nositelem pevnostních vlastností.
Rozeznáváme jejich tři základní typy:
skelné,
aramidové (kevlarové)
uhlíkové.
typy pryskyřic
polyesterové, vinylesterové a epoxidové.
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
VÝHODY
- nízká hmotnost
- vysoká tuhost a pevnost
- směrově orientované vlastnosti
- tepelná, chemická odolnost, ohnivzdornost
- nižší tepelná roztažnost
- elektrická a tepelná vodivost
NEVÝHODY
- cena
- konstrukční návrh, výroba
- spoje, opracovatelnost, recyklace
- defektoskopie, opravy
mikroskopická struktura FRP
výztuží
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
ROZDĚLENÍ FRP KOMPOZITŮ
ČÁSTICOVÉ
- orientované
- neorientované
VLÁKNOVÉ
- jednovrstvé
- krátkovláknové
- dlouhovláknové
- vícevrstvé
- lamináty
- hybridní lamináty
- sendviče
- orientované
- neorientované
(rohože)
- jednosměrové
- dvousměrové
(tkaniny)
- 3D tkaniny
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
JEDNOSMĚROVÉ KOMPOZITY
vlákno = výztuha
- přenáší především tahové namáhání
- určuje podélný směr L (longitudinal)
- Ø cca 5-15 μm
- tvoří 40-60% objemu kompozitu
matrice = pojivo
- přenáší především tlakové namáhání ve všech směrech
- drží vlákna (popř. jednotlivé vrstvy) pohromadě
- rozkládá lokální namáhání do okolí
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
MECHANICKÉ VLASTNOSTI - VLÁKNA
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
VOLBA VLÁKEN
Konstrukční požadavky – Volba vlákna
-
Pevnost - Uhlík
-
Tuhost - Uhlík
-
Houževnatost - Aramid
-
Creep - Uhlík
-
Únava - Uhlík
-
Nízká cena - E sklo
-
Korozivzdornost - Sklo
-
Nejvyváženější mechanické vlastnosti - E sklo
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
MECHANICKÉ VLASTNOSTI - MATRICE
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
MATRICE VLASTNOSTI
Ve vytvrzeném kompozitu se vyžaduje:
-
adhezivní pevnost (spojení matrice – vlákna)
teplotní odolnost
únavová pevnost (dlouhodobé, cyklické zatížení)
chemická odolnost
odolnost proti vlhkosti
VOLBA MATERIÁLŮ V MATRICI
EPOXIDOVÁ MATRICE - VLASTNOSTI
Konstrukční požadavky, volba pojiva:
dobrá adheze k vláknům
nízké smrštění během vytvrzování
dobrá chemická odolnost
různé pevnostní a tuhostní charakteristiky
creepová a únavová odolnost
neobsahují styrén, nejsou toxické
mohou být samozhášivé
-
Ohnivzdornost - Fenol
Korozivzdornost - Bismaleid
Teplotní odolnost - Fenol, Polyamid
Prostup světla - Polyester
Nízká cena - Polyester
Houževnatost - Epoxid, termoplast
Nejvyváženější vlastnosti - Epoxid
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
TECHNOLOGIE VÝROBY FRP VÝZTUŽÍ
-
matrice + vlákna
-
impregnace, prosycení
-
umístení smesi (laminát) do formy (+ separační vrstvy, atp.)
-
vytvrzení (možno za zvýšené teploty, ozářením)
(příčné propojení polymerových řetězců, exotermická reakce)
-
demontáž z formy
-
konečná úprava
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
MOŽNÉ ZPŮSOBY VÝROBY FRP VÝZTUŽÍ ( PRVKŮ)
-
kontaktní formování
lisování
vakuování
navíjení vláken
tváření profilů (pultruze)
vstřikování
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
TECHNOLOGIE VÝROBY FRP VÝZTUŽÍ - PULTRUZE
soustava vláken, rohoží a roun je tažena s předepsaným předpětím do pryskyřičné
lázně
prosycená výztuž vstupuje do předtvarovacího prostoru, tvarovací a vytvrzovací
hlavy (v případě velké tloušťky stěn je nutné přidat pro vytvrzování mikrovlnné
předehřívací zařízení)
za vytvrzovací hlavou je tažné zařízení, které je nositelem pohybu celé linky
za tažným zařízením je pila, která řeže profil na požadovanou délku.
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
Proces výroby z organických vláken je rozdělen do tří základních kroků, které
mohou být různě modifikovány podle druhu původního vlákna:
-
nízkoteplotní oxidace a stabilizace na vzduchu při teplotě 200 až 400 °C
karbonizace v inertní atmosféře při teplotě asi 1 000 až 1500 °C.
grafitizace v inertní atmosféře při teplotě přes 2 200 až 3300 OC.
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
APLIKACE UHLÍKOVÝCH LAMEL NA KONSTRUKCI
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
APLIKACE UHLÍKOVÝCH LAMEL NA KONSTRUKCI FORMOU PŘEDPJETÍ
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
TVAR A APLIKACE TKANIN NA KONSTRUKCI
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
CI 57 Moderní stavební materiály
Ústav stavebního zkušebnictví
PROFILY Z KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ
dle pojiva:
- nejčastěji polyesterová pryskyřice
- vinylesterová pryskyřice
- epoxidová pryskyřice
dle výztuhy:
- nejčastěji skelná vlákna
- uhlíková vlákna
- čedičová vlákna
dle technologie výroby:
- nejčastěji pultrudované (tažené)
- ovíjené
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
ROŠTY A POKLOPY
CI 57 Moderní stavební materiály
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta stavební
Ústav stavebního zkušebnictví
SCHODIŠTĚ, LÁVKY, ŽEBŘÍKY
CI 57 Moderní stavební materiály
Download

Zesilování konstrukcí, kompozitní materiály.pdf