Tunn GFRP-förstärkning. Kredit:Toyohashi University of Technology.
Forskargruppen (ledd av professor Yukihiro Matsumoto) bildad av institutionen för arkitektur och anläggningsteknik vid Toyohashi University of Technology and Electronics-Inspired Interdisciplinary Research Institute (EIIRIS) föreslog och demonstrerade en metod för att förbättra det dynamiska beteendet hos bultanslutningar genom att använda glasfiber Förstärkta polymermaterial (GFRP).
Eftersom pultruderade GFRP-material som används i konstruktionsapplikationer har förstärkta fiberriktningar inriktade längs axeln på elementaxeln, är bultförband ömtåliga och har en nackdel i designen. Forskargruppen visade att en märkbar ökning av lagerhållfastheten kan realiseras genom att klistra in en tunn GFRP-platta, som använder ett multiaxiellt basmaterial gjutet med vakuumassisterad hartsöverföringsgjutning som möjliggör gjutning av hög kvalitet, till bultförbandet. Forskargruppen visade också att denna metod kan förbättra det ömtåliga frakturbeteendet hos ledförbindelserna. Resultaten av denna studie kommer att göra det möjligt att utforma säkrare, säkrare och lättare byggnadsstrukturer med längre livslängd.
På grund av sin låga vikt och höga hållfasthet ökar applikationerna för fiberförstärkt polymer (FRP), såsom dess användning vid reparation och förstärkning av befintliga byggnader, gångbroar och slussar och det förväntas att de kommer att användas vid akuta reparationer av strukturer och byggnaders struktur i framtiden. Pultrusionsmetoden, en av metoderna för att tillverka FRP-element, kan producera långa element med ultrahög produktivitet. Det är en vanlig formningsmetod för FRP-arkitektoniska element. Men eftersom pultruderingsmetoden i allmänhet placerar många förstärkta fibrer, som säkerställer styrkan och styvheten hos FRP-material, i pultruderingsriktningen (längs delens längdaxel), är det känt att uppvisa lokala skador och spröda brott runt bulthålen när anslutningar görs med bultar etc. Därför bör man vara försiktig med detta brottbeteende.
Därför har forskargruppen utfört forskning för att minimera ökningen av vikt och produktionskostnader och för att förbättra det dynamiska beteendet hos bultförband genom att använda vakuumassisterad hartsöverföringsgjutning, som används för att tillverka delar av fartyg och blad av vindturbiner gjorda av FRP, och genom att klistra in en GFRP-platta som är flera millimeter tjock och har flera fiberriktningar.
Genom att förstärka de nödvändiga områdena med endast den nödvändiga mängden GFRP, visade de i sina experiment att anslutningshållfastheten hos fiberarmerad polymer kan ökas avsevärt utan att förlora produktiviteten eller lätta egenskaper hos FRP. Baserat på de experimentella resultaten och befintliga designformler föreslog forskargruppen dessutom en designformel för när deras föreslagna anslutningsförstärkande metod används och framgångsrikt tillhandahållit data som kan tillämpas i design.
Forskargruppens ledare, professor Yukihiro Matsumoto, säger att "som namnet antyder är fiberförstärkt polymer ett material som kräver god användning av fibrer. Vi har nått denna idé genom att observera brottbeteendet hos anslutningar genom tidigare experiment och samla in information om olika FRP-formningsmetoder. Även om det är enkelt, behövde vi bara klistra in en tunn platta på anslutningen. Jag är förvånad över att goda effekter observerades genom att noggrant överväga fiberriktningen. Jag tror att de användbara och allmänna resultaten erhölls på grund av doktorandernas entusiasm i fastställandet av experimentella variabler och utvecklingen av en experimentplan."
Framöver kommer forskargruppen att demonstrera effektiviteten av deras föreslagna anslutningsmetod genom anslutningsexperiment som antar konstruktionsstrukturer samt experiment och analyser av fullskaliga prover och kommer att främja utvecklingen av dessa förstärkta anslutningar, med sikte på deras tillämpning som förstärkningsmetod för befintliga FRP-strukturer.
Forskningen publicerades i Polymer Composites och Polymerer . + Utforska vidare
