Ett fel på grund av den klassiska globala bucklingen av kolumnen med båda ändar upplevs av det oförstärkta kontrollprovet, (a). Jämfört med formen på kontrollproverna, den deformerade formen på alla CFRP-förstärkta prover är helt annorlunda, och det möjliggör en effektiv ökning av den maximala tryckbelastningen. Kredit:Toyohashi University of Technology.
Forskare vid Strukturtekniska laboratoriet, Institutionen för arkitektur och anläggningsteknik, Toyohashi University of Technology har utvecklat ett nytt koncept för att förstärka stål i kritiska byggnadskonstruktioner med bindningsfria kolfiberförstärkta plastlaminat (CFRP) för att förbättra bucklingsprestandan hos strukturella stålelement. Denna metod kräver ingen ytbehandling av stål före applicering av CFRP eftersom CFRP inte är fäst på ytan, som bidrar till strukturell styrka genom sin böjstyvhet. Forskningsresultaten publicerades i Byggnads- och byggmaterial i början av 2020.
Efter sin framgång när det gäller armering av betong inom anläggningsområdet, CFRP har nu utvecklats som ett medel för att förstärka stålelement istället för att använda konventionella stålplåtar. CFRP är att föredra eftersom det erbjuder flera fördelar såsom låg vikt, högt förhållande mellan styrka och vikt, och utmärkt utmattnings- och korrosionsbeständighet. Hittills, dock, forskning och utveckling kring förstärkning av stål med CFRP har främst fokuserat på bindningstekniker där CFRP fästs på stålytor med hjälp av ett lim. Bondad förstärkning ger nackdelar eftersom komplexa och tidskrävande ytbehandlingar krävs innan CFRP-installation. Dessutom, bindningsstyrkan mellan stål och CFRP, vilket är nyckelaspekten av denna förstärkningsteknik, kan också minska avsevärt på grund av miljöexponering under hela livslängden. Att ersätta detta tillvägagångssätt med en annan ny bonded-CFRP-teknik är inte särskilt lämplig lösning eftersom det är osannolikt att det är kostnadseffektivt.
Forskargruppen utvecklade sin metod för att förstärka stål med CFRP, för vilket de inte limmade det till stålytan. Denna metod har visat sig fördröja buckling och öka kompressionskapaciteten hos stålstänger, där kapacitetsökningen påverkas av antalet använda kolfiberlager.
"Som ett alternativ till stålförstärkningsmetoden med CFRP som är bunden till stålytan, vi utvecklade denna obunden-CFRP-metod, " förklarade huvudförfattaren, Fengky Satria Yoresta. "De stora fördelarna med denna metod är att den är enklare och mindre tidskrävande att implementera, speciellt när det appliceras på befintliga delar av byggnadsstrukturer. Inga fler besvärliga ytbehandlingar av stål behövs, som sandblästring, blästring, eller handslipning, och detta leder till betydande kostnadsbesparingar, " han sa.
Docent Yukihiro Matsumoto, ledaren för forskargruppen, Lagt till, "Nästan alla tidigare studier använde limförband för att stärka stålelement med CFRP. Denna metod är ganska komplex eftersom lämpliga stålytbehandlingar krävs innan appliceringen av CFRP för att erhålla en acceptabel bindning mellan CFRP och stålytan. Ytan. behandlingstillstånd påverkar också bindningsstyrkorna."
"Dessutom, vi kan inte perfekt uppskatta effekterna av miljöexponering under livslängden på bindningsprestandan mellan CFRP och stålet. Som sådan, vi försökte förbättra konventionella metoder genom att utveckla vår egen bindningsfria förstärkningsmetod."
"Den obundna förstärkningsmetoden är användbar, lätt att applicera, och hanterbar, " sade han. "Men, vår metod överför inte stress smidigt, så en lämplig mekanisk modell behövde etableras. Följaktligen, vi utförde mekaniska simuleringar och experiment för att visa detta, " han lade till.
Resultaten av deras arbete får forskargruppens medlemmar att tro att den obligationsfria CFRP-metoden inte bara kan tillämpas inom anläggningsarbete, men också till andra områden som de inom flyg- bil, och marina industrier. Denna lovande nya metod förväntas användas för att snabbt producera innovativa, högkvalitativa produkter.
