Ocena stanów naprężenia i odkształcenia w belkach z betonu zbrojonego prętami z włókien bazaltowych

Marek Urbański

Abstract

The subject of the PhD thesis is an assessment of the impact of basalt fiber use on the state of stresses and deformations of bent concrete beams. At the outset of work, a thesis on the possibility of replacing traditional steel bars with BFRP reinforcement has been proposed, which may a beneficial influence on the load-bearing capacity and deformability of the reinforced beams. Based on a literature review, their mechanical properties of FRP bars have been described. The disadvantages and advantages of BFRP bars against other types of FRP and steel reinforcements are also presented. In the dissertation, the problems related to the testing of tensile strength of basalt bars were characterized, with particular attention to the anchoring system of these bars during the tests. The current state of knowledge about FRP grip bond to concrete and bending behavior, concrete reinforced with these bars has been discussed. The analysis of the information obtained from the review of the literature allowed us to define the purpose and plan of our own research, which was carried out in three stages. In the first study, six beam beams with a span of 1.0 m, reinforced with BFRP bars of 8 mm in diameter and conventional steel bars of the same diameter were bored. On the basis of the obtained results, a comparative analysis of the load capacity and cracks and deflections of the tested beams were made. In the second stage of the work, have been made comparative tests of the bond of BFRP bars and steel bars to concrete in order to confirm the suitability of basalt reinforcement for use in bending elements. The results of the bond tests were analyzed with particular regard to the bond - slip nature. Based on the experience of dependencies, they also have been used to analyze the degree of calibration of selected computational models (e.g. CMR and mBEP). In order to verify the obtained results on short beams, the study of twelve long beam lengths of 3 m with different diameters and reinforcement was conducted in stage III. The mechanical properties of used materials, bearing capacity, bond and cracks and deflections of the tested beams were analyzed. The conclusions were presented with reference to steel reinforcement. In the following part of the dissertation, the algorithm for calculating beams with reinforcement BFRP was presented. The results of the research and analysis allowed to determine the criteria for the application of reinforcement BFRP in beams and its effect on their load capacity and deformability. On the basis of the three-phase studies, has been formulated a conclusion to reach the aim of the PhD thesis and to prove the thesis at the beginning of the dissertation. Namely it has been demonstrated that under certain conditions (including ensuring a sufficient number of bars, due to the SLS criterion), the use of BFRP reinforcement has a beneficial effect on the bearing capacity and deformability of RC members and may be an appropriate alternative to conventional steel reinforcement. The research and analysis of reinforced bar beams and BFRP bars presented in the PhD Thesis has been carried out within the framework of the project: "Innovative Measures and Effective Methods for Improving Safety and Sustainability of Buildings and Transport Infrastructure in a Sustainable Development Strategy" funded by the European Union: POIG.01.01.02-10-106/09-01 (PT2.3).2012/2013 and within the statutory works of the Faculty of Civil Engineering of the Warsaw University of Technology. The study is a starting point for further work under PBS3/A2/20/2015. "Innovative Hybrid FRP Composite Reinforcement for Infrastructure of Increased Durability". The PhD Thesis consists of 283 pages, 132 figures, 59 tables and two attachments covering a total of 59 pages. The list of references contains 193 items.
Rodzaj dyplomuPraca doktorska
Autor Marek Urbański (WIL / IIB)
Marek Urbański
- Instytut Inżynierii Budowlanej
Językpl polski
Jednostka dyplomującaWydział Inżynierii Lądowej (WIL)
Dyscyplina naukibudownictwo / dziedzina nauk technicznych / obszar nauk technicznych
Data rozpoczęcia19-12-2012
Data obrony05-09-2017
Data zakończenia 06-09-2017
Promotor Elżbieta Danuta Szmigiera (WIL / IIB)
Elżbieta Danuta Szmigiera
- Instytut Inżynierii Budowlanej
Recenzenci zewnętrzni Marta Kosior-Kazberuk
Marta Kosior-Kazberuk
-

Krystyna Nagrodzka-Godycka
Krystyna Nagrodzka-Godycka
-
Paginacja 283
Słowa kluczowe w języku polskimpręty bazaltowe, BFRP, nośność na zginanie, zbrojony beton, przyczepność
Słowa kluczowe w języku angielskimbasalt rebars, BFRP, flexuralcapacity, reinforced concrete, bond
Streszczenie w języku polskimPrzedmiotem rozprawy jest ocena wpływu zastosowania prętów wytworzonych z włókien bazaltowych na stan naprężeń i odkształceń zginanych belek betonowych. Na wstępie pracy sformułowano tezę o możliwości zastąpienia tradycyjnych prętów stalowych zbrojeniem BFRP, które może korzystnie wpłynąć na nośność i odkształcalność zbrojonych nimi belek. Na podstawie przeglądu literatury, dotyczącego prętów FRP, opisano ich własności mechaniczne. Przedstawiono także wady i zalety prętów BFRP na tle innych rodzajów zbrojenia FRP oraz stalowego. W rozprawie scharakteryzowano problematykę, związaną z badaniem wytrzymałości na rozciąganie prętów bazaltowych, ze szczególnym uwzględnieniem systemu zakotwień tych prętów podczas przeprowadzania testów. Omówiono aktualny stan wiedzy na temat zjawiska przyczepności prętów FRP do betonu oraz zachowania się podczas zginania, betonowych elementów zbrojonych tymi prętami. Analiza informacji, uzyskanych na podstawie przeglądu literatury, pozwoliła na określenie celu i planu badań własnych, które przeprowadzono w trzech etapach. W pierwszym wykonano badania na zginanie sześciu belek krótkich o rozpiętości 1,0 m, zbrojonych prętami BFRP o średnicy 8 mm oraz konwencjonalnymi prętami stalowymi o tej samej średnicy. Na podstawie otrzymanych wyników przeprowadzono analizę porównawczą nośności oraz zarysowania i ugięć badanych belek. W II etapie prac wykonano badania porównawcze przyczepności prętów BFRP i stalowych do betonu w teście belkowym, które miały na celu potwierdzenie przydatności zbrojenia bazaltowego do stosowania w elementach zginanych. Wyniki testów przyczepności analizowano ze szczególnym uwzględnieniem zależności przyczepność – poślizg. Uzyskane na podstawie doświadczeń zależności, posłużyły także do analizy stopnia dopasowania (kalibracji) wybranych modeli obliczeniowych (m in. CMR i mBEP). W celu weryfikacji otrzymanych wyników na belkach krótkich, w III etapie przeprowadzono badania dwunastu belek długich rozpiętości 3 m, o zróżnicowanych średnicach i stopniu zbrojenia. Dokonano analizy cech mechanicznych zastosowanych materiałów, a także nośności, przyczepności oraz zarysowania i ugięć badanych belek Wnioski przedstawiono w odniesieniu do elementów ze zbrojeniem stalowym. W dalszej części rozprawy zaprezentowano algorytm obliczania belek ze zbrojeniem BFRP. Następnie przeprowadzono analizę obliczeniowej nośności belek zbrojonych prętami bazaltowymi i stalowymi. Wyniki badań oraz przeprowadzona analiza pozwoliły na ustalenie kryteriów zastosowania zbrojenia BFRP w belkach oraz jego wpływu na ich nośność i odkształcalność. Na podstawie przeprowadzonych trzyetapowych badań sformułowano wniosek o osiągnięciu celu rozprawy oraz udowodnieniu tezy postawionej na wstępie rozprawy. Mianowicie wykazano, że przy spełnieniu określonych warunków (m.in. zapewnienia odpowiedniej liczby prętów, ze względu na kryterium SGU), zastosowanie zbrojenia BFRP korzystnie wpływa na nośność i odkształcalność elementów zginanych z betonu oraz może być właściwą alternatywą w stosunku do konwencjonalnego zbrojenia stalowego. Prezentowane w pracy badania i analizy belek zbrojonych prętami BFRP oraz przyczepności prętów BFRP były realizowane w ramach projektu pt. „Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównoważonego rozwoju” finansowanego przez Unię Europejską: POIG.01.01.02-10-106/09-01 (PT2.3). 2012/2013 oraz w ramach prac statutowych Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej. Przeprowadzone badania stanowiły punkt wyjściowy do dalszych prac i analiz, wykonywanych w ramach projektu PBS3/A2/20/2015 pt. „Innowacyjne hybrydowe zbrojenie kompozytowe FRP do konstrukcji infrastrukturalnych o podwyższonej trwałości”. Rozprawa składa się z 283 stron, 132 rysunków, 59 tabel oraz dwóch załączników, zajmujących łącznie 59 stron . Spis literatury zawiera 193 pozycje.
Plik pracy
Urbanski.pdf 13.19 MB

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót