repair of concrete structures by carbon fiber method
DESCRIPTION
Repair of Concrete Structures by Carbon Fiber Method. Asst. Prof Dr. Kittipoom Rodsin King Mongkut’s University of Technology North Bangkok. What is FRP ?. Fiber reinforced polymer นำเส้นใยโพลี เมอร์ มาถักทอกันอย่างเป็นระบบ - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Repair of Concrete Structures by Carbon Fiber Method
Asst. Prof Dr. Kittipoom RodsinKing Mongkut’s University of Technology North Bangkok
What is FRP ?Fiber reinforced polymer นำ�เสนใยโพลเมอรม�
ถกทอกนอย�งเปนระบบ
ก�รเสรมกำ�ลงดวยวสดเสรมเสนใย มพนฐ�นของวสดอย 3 ประเภทหลกๆ ไดแก
1. ค�รบอน (Carbon) เรยกว� CFRP2. อะร�มด (Aramid) เรยกว� AFRP3. แกว (Glass) เรยกว� GFRP
โดยวสดทงส�มมคณสมบตท�งด�นกำ�ลงคว�มคงทน และร�ค�แตกต�งกนขนอยกบวตถประสงคก�รใชง�น
• เสนใยทใชนยมใชในการเสรมกำาลงม เสนใยคารบอน เสนใยแกว เสนใยอะรามด
“ความสมพนธระหวางความเคนและเครยดของเสนใยชนด ”ตาง ๆ
ขอด1. มนำ�หนกเบ�เมอเทยบกบขน�ด2. ตดตงง�ย3. ทนท�นตอสภ�พแวดลอม
รปแบบของ CFRP
ขอเสย1 .มร�ค�แพง2. ไมทนไฟ3. ตองใชผชำ�น�ญก�รใน
ก�รตดตง
RODPLATE
SHEET
Strengthening Method
Material Properties & Design Concepts
Strain
Stress 35000
ksc
4000 ksc
Design Stress Limit for CFRP(strain = 0.004)
รปแบบก�รวบตของค�นทเสรม FRP
ก�รเสยรปทไมสอดคลองกนระหว�งแผนค�รบอนไฟเบอรกบค�นคสล.
แนวทางปองกนการหลดลอกของ FRP1. ทำ�ก�รยดปล�ยแผนโดยใชนอตยดหรอใช FRP
Sheet พนทปล�ยเปนรปตว U2. ใชก�ว Epoxy ทมคว�มยดหยนตวสง3. ปล�ยแผน FRP ควรหยดใหใกลเส�หรอทรองรบอนๆใหม�กทสด
การออกแบบเสรมกำาลงดวย CFRP เบองตน
Design Guideline
STEP 1 ลดกำ�ลงของ FRP ทใชสำ�หรบก�รออกแบบ
• ก�รวเคร�ะหหน�ตดรบแรงดดจะคำ�นวณต�มวธทแนะนำ�โดย ACI440.2 R08 : Guide for design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures
• ก�รวเคร�ะหจะใชพนฐ�นของวธกำ�ลงต�มม�ตรฐ�น ACI318-08
• นนคอ
เมอ คอ แรงประลยคอ กำ�ลงของหน�ตด และ คอ ตวคณลดกำ�ลง
𝑅𝑢≤∅ 𝑅𝑁
STEP 2 วเคร�ะหหน�ตดทเสรมกำ�ลงดวย FRP
• ตองตรวจสอบคว�มเครยดใน FRP ไมใหมค�สงม�ก เนองจ�กจะทำ�ใหเกดก�รหลดลอก (Delimitation) ได
• นนคอ
เมอ คอ Effective Strain ใน FRP ทเกดจ�กนำ�หนกบรรทกประลย และ คอ Debonding Strain ของ FRP
𝜀 𝑓𝑒≤𝜀 𝑓𝑑
STEP 3 ตรวจสอบ Debonding Strain
การออกแบบองคอาคารตานทานแรงดด
=
= =
= =
𝜀𝑠=(𝜀 𝑓𝑒+𝜀𝑏𝑖)( 𝑑−𝑐h−𝑐 )≤ 𝜀𝑦𝑓 𝑠=𝐸𝑠 𝜀𝑠≤ 𝑓 𝑦
𝑐=𝐴𝑠 𝑓 𝑠+ 𝐴 𝑓 𝑓 𝑓𝑒
0 .85 𝑓 ′𝑐 𝛽1𝑏
สมก�รออกแบบ
เมอ 0.85
ตองทำ�ก�รตรวจสอบ
โดยค� คว�มเครยดคงค�ง (Dead Load Strain) คำ�นวณจ�ก
𝜀 𝑓𝑒=0 .003( h−𝑐𝑐 )−𝜀𝑏𝑖≤ 𝜀 𝑓𝑑
𝜀𝑏𝑖=𝑀𝐷𝐿 (h−𝑘𝑑 )
𝐼𝑐𝑟 𝐸𝑐
1. ทำ�ไดโดยก�รตดแผน FRP ทข�งค�น
2. พน FRP Sheet ข�งค�นในลกษณะ U-Jacket
U-Jacke
t
Bonded two
sides only
𝛽
Vertical and Inclined Stripe
Continuous Sheet
ก�รวบตทเกดจ�กก�รหลดของ FRP
การออกแบบองคอาคารตานทานแรงเฉอน
ก�รออกแบบองคอ�ค�รต�นท�นแรงเฉอน
สมก�รออกแบบแรงเฉอน
∅=0.85
เมอ คอ กำ�ลงต�นท�นแรงเฉอนขององคอ�ค�ร
คอ แรงเฉอนประลยม�ตรฐ�น ACI440 กำ�หนดใหต�นท�นแรงเฉอน ม�จ�ก = 0.95 full
wrapped = 0.85 U/2 sides- wrappedเมอ คอ กำ�ลงต�นท�นแรงเฉอนจ�ก
คอนกรตลวนคอ กำ�ลงต�นท�นแรงเฉอนจ�กเหลกเสรมรบแรงเฉอนคอ กำ�ลงต�นท�นแรงเฉอนจ�ก FRP
ก�รออกแบบองคอ�ค�รต�นท�นแรงเฉอนกำ�ลงของ
คอนกรตลวน
กำ�ลงของคอนกรตลวนกำ�ลงของ FRP
เมอ และ
Effective Strain
𝑉 𝑐=√ 𝑓 ′𝑐𝑏𝑤𝑑
6
𝑉 𝑠=𝐴𝑣 𝑓 𝑦 (sin𝛼+cos𝛼 )𝑑
𝑠
𝑉 𝑓=𝐴 𝑓𝑣 𝑓 𝑓𝑒 (sin 𝛽+cos 𝛽)𝑑 𝑓
𝑠 𝑓
ม�ตรฐ�น ACI ควบคมมให Effective Strain มค�ม�กเกนไป
Full wrapped3/2 sides-wrapped
เม อ
แล ะ
3 sides2 sides
ก�รออกแบบองคอ�ค�รต�นท�นแรงเฉอนระยะเรยงของ FRP กำ�หนดโดย
ACI440 ดงนถ�𝑉 𝑛−𝑉 𝑐≤ (1/6 ) √ 𝑓 ′𝑐𝑏𝑤𝑑 แล
วมม.
ถ�𝑉 𝑛−𝑉 𝑐>(1/6 )√ 𝑓 ′𝑐𝑏𝑤𝑑 แลว
มม.
ถ�𝑉 𝑛−𝑉 𝑐>(1/3 ) √ 𝑓 ′𝑐𝑏𝑤𝑑 แลว ควรขย�ยหน�ตด
การออกแบบเสาหมเส�ดวยแผนค�รบอน
ไฟเบอร - เพมกำ�ลงรบแรงอด (Confinement) - เพมคว�มเหนยว - เพมกำ�ลงต�นโมเมนต - เพมกำ�ลงต�นแรงเฉอน
คอนกรตทพนหมดวยแผน CFRP จะมกำ�ลงรบนำ�หนกและคว�มเหนยวม�กกว�คอนกรตทวไป
ตดตงแผนต�มแนวเส� : เพอต�นโมเมนต
ผลของ confinement จะมประสทธภ�พในเส�กลมม�กกว�เส�สเหลยม
ก�รวบตของเส�ทพนรอบดวย FRPคอนกรตไมไดหมดวย
CFRPคอนกรตทหมดวย
CFRP
กำาลงรบแรงอดทเพมขนเมอพน CFRP
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 5000 10000 15000 20000
Stre
ss (M
Pa)
Strian (mirco)
Axial load with Horizontal Strian
C4
C5
C6 CFRP 1 Layer
C7 CFRP 2 Layers
C8 GFRP 1 Layer
C9 GFRP 2 Layers
ก�รออกแบบรบแรงอด• สำ�หรบเส�ทเสรมดวยเหลก
ปลอกเกลยว
• สำ�หรบเส�ทเสรมดวยเหลกปลอกเดยว
สำ�หรบ = 0.95 และสมก�ร
ออกแบบ คอ
เมอ
เมอ
∅ 𝑃𝑛≥ 𝑃𝑢
ค� ทแนะนำ�โดย ACI440-08 เปนดงน
+แรงดนทโอบรด
ตวคณเกยวกบรปร�ง
= 0.95
กำ�ลงอดทไมโอบรด
เมอ
และ
𝜀 𝑓𝑒=0 .58 𝜀 𝑓𝑢
ค�ตวคณรปร�ง สำ�หรบหน�ตดกลม/เหลยมเหลยม h/b 2.0 หรอเส�ทใหญกว� 90 ซม.𝐴𝑐
𝐴𝑒
(พนทโอบรดประสทธผล)
พนทประสทธผล ประม�ณ ดงน
เพอคำ�นวณแรงโอบรด ในเส�เหลยมใหใช
รปแบบการเสรมกำาลงแบบอน
NSM bar (near surface mounted)• Effective when small beam width• More installation skill is needed
กรณศกษาการเสรม กำาลงโครงสรางดวย
CFRP
ขนตอนการออกแบบเสรมกำาลงดวยCFRP•วเคร�ะหโครงสร�งเดม• ออกแบบปรม�ณแผนค�รบอนไฟเบอรต�ม
ACI440•จดทำ�แบบก�รเสรมกำ�ลง•ทดสอบกำ�ลงรบนำ�หนกบรรทกของ
โครงสร�งหลงเสรมกำ�ลง
โครงการท 1 การเสรมกำาลงสะพานอนรกษ
สะพ�นทตองเสรมกำ�ลงมทงหมด 7 แหง 1 .สะพ�นสมมตอมรม�รค 2. สะพ�นเจรญศร 343. สะพ�นเจรญร�ษฎร 324. สะพ�นมอญ5. สะพ�นวรเศรษฐ6. สะพ�นมฆว�น7. สะพ�นดำ�รงสถต
สะพานเจรญศร 34
สะพานเจรญศร 34
ภ�พตดสะพ�น
วเคราะหโครงสรางดวย FE Program
แบบจำ�ลองโครงสร�ง
ผลก�รวเคร�ะหโครงสร�ง
• ประเมน Rating Factor
• เสรมกำ�ลงดวย CFRP เพอเพมRating Factor ใหม�กกว� 1