FRP Sistemlerinin Tasarımı

Tasarımın çifte yüküne dayanacak şekilde mevcut yapıları yeniden oluşturun veya yenileyin, erozyonun neden olduğu kusurları düzeltin, uygun malzemeler ve uygun yapım uygulamaları kullanarak yapısal esnekliği veya diğer şeyleri arttırın. Çelik kaplamaların dış kaplamalar, beton veya çelik sütunlar ve harici ekstrüzyon biçiminde kullanımı bir çok geleneksel yöntemde mevcuttur. Günümüzde bina güçlendirme endüstrisinde FRP polimer kompozit sistemlerinin kullanılma eğilimi çok artmıştır. Takviye yapılarının tasarlanmasında ve FRP ile sismik yenileme işlemlerinde güçlendirme yapılması, FRP malzemelerinin kullanılması, tasarım kurallarına uyum için en uygun yöntemlerden biridir. Şirket, binaların yenilenmesi ve çeşitli endüstrilerin yapısal takviyesi konusunda uzun bir geçmişe sahip olup, İran’daki FRP sistemine danışmanlık ve tasarım konusunda yüksek deneyime ve bilimsel yeteneğe sahiptir. Şirket, yapısal zayıflıkları ve yapısal sorunları ve yapım çizimlerini gözden geçirerek optimum FRP sistemleri geliştirmektedir.

FRP’ler çekme dayanımı esas alınarak tasarlanır, bu kompozit malzemelerin yapıştırılmış beton ile gerilme uyumluluğuna sahip olmaları gerekir. FRP güçlendirme malzemelerinin basınç dayanımı yapısal hesaplamalar ve tasarımda göz ardı edilir.

FRP ile takviye tasarım ilkeleri

FRP güçlendirme sisteminin tasarım ilkeleri, FRP malzemelerin mekanik davranışının yanı sıra geleneksel beton yapıların hesaplanması ve tasarımına dayanmaktadır. FRP ile güçlendirilmiş betonarme yapılar, direnç ve servis kolaylığı kriterlerine göre tasarlanmalıdır. Bu amaçla, İran (ABA) ‘nın somut kodunun yüklenme katsayıları tasarım amaçları için kullanılmalıdır. Binaların sismikliğini geliştirmek için bir FRP sistemi tasarlamak için, FRP güçlendirme hesaplamalarının kapasitesine dayalı tasarım kuralları kullanılması önerilmektedir.

FRP ile takviye kısıtlamaları

Bir FRP sistemi tasarlamak için, bu iyileştirme prosedüründe var olan kısıtlamaları incelemek gerekir. Kısıtlamalar yapının çökmesini ve yangın, vandalizm vb. Gibi faktörlerin neden olduğu FRP sistemine diğer zararları önlemeyi amaçlamaktadır. Toplamda, takviyeli olmayan yapısal elemanlar, FRP malzemelerini kurmadan, belirli bir miktarda yük direncine dayanma kabiliyetine sahiptir.

FRP ile güçlendirilmiş yapıların toplam direnci

FRP sistemini kullanmanın ve tasarlamanın asıl amacı, yapının güçlendirilmesi ve üyelerin bükme ve kesmedeki gücünü artırmaktır; bu da çifte gerilme yaratır. Bu süreçte, vakıfların kesim delme ve taşıma kapasitesi gibi diğer kopma modlarının FRP sisteminden etkilenmemesi sağlanmalıdır. Bu nedenle, yapının tüm üyelerinin, donatı elemanları üzerindeki artan yüklere dayanabilmesi gerekir. FRP sisteminin tasarımında, FRP ile güçlendirilmiş üyeler için kesme arızasına bağlı olarak bir bükülme kırılması olasılığının güvenilirliğini analiz etmemiz gerekir.

FRP sistem tasarımı için sismik kriterler

Binaların güçlendirilmesi ve sismik iyileştirilmesinde, yapısal donatıya en büyük katkı FRP ile kolonların güçlendirilmesidir. FRP sistemlerinde kolonların takviye edilmesi, bunların çevrelenmesi ve betonun basınç ve kopma mukavemetinin arttırılması, kolon ve form arasındaki etkileşimin eğrinin kapasitesinin arttırılması ve ayrıca yamanın uzunluğunun azaltılmasıyla sağlanır.

Bina kirişlerinin veya yapısal döşemelerin deprem bölgelerinde güçlendirildiği durumlarda, kolon ve bağlantı üzerinde plastik bir eklem oluşturmadan FRP yapısını güçlendiren önlemlerin dikkate alınması gerekir. Bu amaçla, kiriş, kolon ve kolonun gücü ve sağlamlığı ayrı ayrı kontrol edilmelidir.

 Yangına karşı güçlendirilmiş FRP yapısının gücü

FRP yöntemleriyle harici bir kaplama veya EBR yöntemi olarak yapılan donatı değerleri genellikle yangın yönetmeliği ile sınırlıdır. FRP sistemlerinde kullanılan epoksi reçinesi devreye alındıktan sonra ateşe maruz kaldıklarında cam geçiş sıcaklığının (Tg) üzerindeki sıcaklıklarda bütünlük ve sağlamlık kaybedecektir. Reçineler ve FRP yapıştırıcılar için Tg sıcaklığı genellikle 60 ila 80 derece Celsius arasında değişir. Bu değerler açıkça, yangın durumunda, FRP güçlendirme sistemlerinin yeterli yangın dayanımına sahip olmayacağını açıkça göstermektedir. FRP malzemelerinin yangına karşı direncini arttırmak için en uygun yöntem FRP yangına dayanıklı kaplamalarla yalıtmaktır.

Tek başına FRP malzemeleri yüksek bir yangına dayanıma sahip değildir, ancak FRP sistemleri ve betonarme yapıların kombinasyonu ile, yapı boyunca yangına karşı çok yüksek bir stabilite ve dayanıklılık elde etmek mümkündür. Bu artış, yangına dayanıklılık fonksiyonunun sadece mevcut bir beton yapı tarafından sağlandığı koşulları yaratan bir tasarımda yaratılmıştır. FRP ile güçlendirilmiş betonarme yapıların yangına dayanımını tahmin etmek için, çelik teslim direncindeki düşme ve yangından kaynaklanan betonun basınç dayanımı nedeniyle beton yapıların toleransının ne kadar azaldığını ve azaldığını tahmin etmek gerekir.

FRP ile güçlendirilmiş betonarme elemanlar için ACI 216R kurallarını dikkatlice inceleyerek, FRP donatı tasarımındaki sınırlamaların donatı yapının donmasını engellemek olduğu açıktır. Çeliğin ve betonun yangına karşı direncini azaltmak ve üyenin toplam dayanımına karşı koymak için özen gösterilmelidir, FRP’nin direncini göz ardı etmek gerekir. FRP ile güçlendirilmiş yapıların sömürü yükleri ve yüksek sıcaklıklar altındaki başarısızlığını araştırmak için, istenen dayanım tahmini dayanımla karşılaştırılabilir.

FRP sistemlerinin ve FRP kompozitlerin dayanıklılığı, özel ve ileri reçinelerin kullanılması veya uygun kaplamalarla korunması suretiyle arttırılabilir. FRP reçine sisteminin yangına karşı dayanıklılığını (esnekliğini) hesaplamak için, FRP sisteminin yangına karşı direnci (bu, reçinelerin cam geçiş sıcaklığına ulaşması için gereken zaman) ölçülmelidir. ASTM E119’da, her türlü yangın için (sıcaklık ve zaman dahil) laboratuvar koşullarını oluşturmak için gerekli şartlar ve rehberlik sağlanmıştır.

 Yapısal Tasarım için FRP Sisteminin Seçilmesinde Çevresel Konular

FRP donatı sistemlerindeki reçinelerin ve liflerin mekanik özellikleri çevre koşullarının etkisi altındaki diğer yapılara benzer ve asidik alkali ortamlara, suya, kimyasallara, ultraviyole UV’ye, yüksek sıcaklıklara ve Yüksek nem, direnci azaltır. FRP malzemelerinin gücündeki bu azalma tasarımda danışmanlar ve FRP hesaplamaları tarafından dikkate alınmalıdır. Şimdi yukarıda belirtilen faktörlerin her birinin FRP direnci üzerindeki etkisini incelemekteyiz:

1. Alkalin veya asidik ortamda FRP’nin direnci: Asitli ve alkali ortamlarda FRP sisteminin direnci ve davranışı, mevcut reçinelere ve elyaflara bağlı olma eğilimindedir. Tek başına karbon elyafları asitlere ve alkali ortamlara karşı dirençlidir. Cam elyaf bu faktörlere karşı nispeten hassastır. Bununla birlikte, uygun bir reçinenin seçimi bu ajanların elyaflar üzerindeki etkisini koruyabilir. Bu durumda kullanılan FRP kompozitler aside dayanıklı reçine ve alkali ortamdan yapılmalıdır. Genel olarak, sertleştirilmiş ortamlarda ve yüksek nem içeriğinde karbon fiber kullanmak daha iyidir.
2. Termal genleşme: FRP kompozit reçinenin ve reçinenin termal genleşme özellikleri değişir ve farklı sıcaklıklarda değişebilir. Cam lifi, betona yakın bir termal genleşme katsayısına sahiptir. Bununla birlikte, FRP güçlendirme sistemlerinde kullanılan reçineler genellikle beton genleşme katsayısının yaklaşık beş katı bir termal genleşme katsayısına sahiptir. Bu değişiklikler ve farklılıklar, FPP’lerin temel yeteneklerine karşı ciddi bir kusur değildir ve bu önemli bir sorun değildir. 345’teki (FRP Güçlendirme Malzemelerini Kullanarak Beton Binaların Geliştirilmesi İçin Tasarım Kılavuzu ve Uygulama Prosedürleri) yönergelerine göre, FRP ve beton malzemelerdeki termal genleşme arasındaki farkın, 28- + 28 ° C sıcaklıktaki yapışmalarına etkisi vardır.
3. FRP malzemelerin elektrik iletkenliği: Cam lifi ve Kevlar-Aramid elektriksel yalıtkandır, ancak karbon fiber elektriksel bir iletkendir.
4. Karbon fiberden yapılmış FRP malzemeler: takviye işleminde, çeliğin elektro-kimyasal korozyonunu önlemek için çelikle doğrudan temas etmemelidir.

FRP yükleme

FRP sistemleri, farklı yükleme koşullarında ve kullanılan liflerde farklı davranır. Bu nedenle, FRP sisteminin, verilen koşullar altında sistemin davranışına ilişkin bilgilere dayanarak seçilmesi gerekir. Aşağıda önemli yüklemeler için bazı önemli hususlar verilmiştir. FRP malzemeleriyle ilgili diğer bilgiler ve teknik özellikler, şirketin ürün geliştirme bölümünden görülebilir.

FRP Darbe Dayanımı

Aramid ve cam fiberlerden yapılan kompozitler, FRP ile güçlendirilmiş karbon fiber sistemler üzerindeki darbelere karşı iyi bir dirence sahiptir.

FRP Sürünme ve yorulmaya bağlı yırtılma

Sürekli ve sürekli yükler altında, karbon fiberli FRP sistemleri dalgalı ve pistonlu yükler altında sürünme kopması ve yorulma arızasına karşı iyi bir dirence sahiptir. Cam elyaflı FRP sistemleri her iki yükleme koşuluna da daha duyarlıdır.

FRP Dayanıklığı

FRP donatı sistemi sıcak ve soğuk dönemlere, alkali ortamlara daldırma, donma ve erime sürelerine ve ultraviyole radyasyona maruz kalmaya dayanabilmelidir.

Tamamen beton koruyucu kaplamalarla kaplı FRP sistemleri donma ve erime etkileri, çeliğin korozyonu, agregaların alkali ve silikat reaksiyonları, su yoğunlaşması, buhar basıncı ve bulaşma Islak buhar, direnç için test edilmiş ve test edilmiştir. Elbette çoğu FRP sisteminin, beton ve diğer yüzeylerin yüzeyinde neme ve diğer çevresel koşullara karşı geçirimsiz bir tabaka oluşturduğuna dikkat edilmelidir.

FRP koruyucu kaplama

FRP’nin mekanik özelliklerinin azalmasını korumak ve önlemek için koruyucu kaplamalar kullanılabilir. FRP kaplamanın kalınlığı ve tipi, çevresel faktörlere (nem, korozyon koşulları, tuzlu su, yüksek sıcaklıklar, yangın, darbe ve ultraviyole ışınımı gibi) dayanıklılığa bağlı olarak seçilmelidir.

FRP sistemlerinde fiberler üzerindeki yüksek reçineli kaplamalar onları hasarlardan, çizilmelerden veya çizilmelerden koruma eğilimindedir. Çarpışma veya aşırı trafik sıkışıklığı riski bulunan alanlarda, koruyucu bir katmanın kullanılması şarttır. Bu amaçla çimento veya polimer bazlı kaplamalar kullanılabilir.

FRP Tasarımında Malzeme Özellikleri

FRP sistem tasarımı için gerekli olan özellikler ve çekme dayanımı, elastikiyet modülü, nihai kopma yırtılması, vb. Gibi FRP agrega elyafları ve reçineleri için yapısal hesaplamalar.

FRP ile Eğilme Takviyesi

FRP malzemelerinin betonun gerilme bölgesinde, lifleri doğrultusunda bir bükülme elemanının uzunlamasına doğrultuda yerleştirilmesi, söz konusu üyenin bükülme mukavemetini arttırır. Özetle, aşağıdaki varsayımlar, betonarme bölümlerin FRP malzemelerle birlikte bükülme takviyesinin tasarımında ve hesaplanmasında geçerlidir. FRP sistemi için tasarım varsayımları ACI 4402R-2008 ve 345 yayınlarından türetilmiştir.

FRP sistem tasarımında bükülme varsayımları

FRP sistem tasarımı hesaplamaları, üyelerin gerçek boyutlarına, direklerin monte edilme şekillerine ve güçlendirilmiş üyelerin malzemelerinin özelliklerine dayanır.

FRP sisteminin tasarım hesaplamalarında, kesit şeklinin yükleme öncesi ve sonrasında sabit kaldığı varsayılmaktadır. Başka bir deyişle, beton ve FRP malzemelerindeki gerilme, nötr eksene olan uzaklıklarıyla orantılıdır ve yükleme sırasında FRP ile beton arasında göreceli bir kayma meydana gelmez.

FRP sistem tasarımı ile ilgili diğer varsayımlar şunlardır:

• Yapışkan katmandaki kayma deformasyonu, çok düşük kalınlığı dikkate alındığında ihmal edilir ve sıfırdır.
• Sıkıştırma suşu 0/003 maksimum beton olarak kabul edilir.
• Betonun gerilme mukavemetinin sıfır olduğu varsayılmaktadır.
• Gerilme eğrisi – FRP suşu kırılma noktasından önce doğrusal olarak elastiktir.

FRP kayma dayanımı güçlendirildi

FRP sistemlerinin bükme elemanını güçlendirmek için kullanıldığı durumlarda, elemanın enine kesitsel bükülme mukavemetini arttırma ile ilişkili kesme kuvvetine sahip olması gerekir. Kesimin kayma kapasitesini kontrol ettikten sonra ilave bir direnç gerekiyorsa, FRP malzemelerinin enine kesit alanı üzerine enine bir şekilde monte edilmesi ve uygulanması gerekir.

FRP Betonun Alt Gerilmesi

FRP’nin kurulumundan ve uygulanmasından önce kirişler ve döşemeler üzerindeki yükler ve ağırlıklar ile herhangi bir ön gerilim kuvvetinin üyeden ayrılmadığı durumlarda, beton çekme dayanımındaki ilk gerilme FRP sisteminin tasarımında göz önünde bulundurulmalıdır. İlk tür, FRP’de bulunan türden ayrılır ve elastik analiz kullanılarak belirlenir ve FRP’nin kurulumu sırasında alınan tüm yükler göz önünde bulundurulur. Kodların tavsiyelerine göre, analizin kırık bölümün özelliklerine dayanması önerilmiştir.

FRP Malzemelerinin Gerilmesi

FRP malzemeleri kırılma noktasından önce doğrusal elastik davranış sergilerler, bu nedenle FRP suşu ayrıca FRP tarafından oluşturulan gerilimi temsil eder. Bu nedenle, son sınır durumundaki FRP suşu derecesinin belirlenmesi önemlidir. FRP malzemesinde üretilen maksimum eğrilik, sıkıştırılabilir betonun kırıldığı veya FRP’nin kırıldığı noktada FRP suşu miktarından elde edilir.

FRP Tasarımında Güvenlik katsayıları

FRP sisteminin tasarım sürecinde, çevresel bozulma katsayıları ve bileşen güvenlik önlemleri 345 yayınından veya ACI 4402R-2008’den elde edilir. İran Abha’nın somut düzenlemelerinde belirtilen kurallara göre, çelik ve beton malzemelerin emniyetine ait küçük katsayılar da elde edilmektedir.

FRP Agregalarında Etkili Gerilmeler

FRP sistemlerinde etkili gerilme, FRP’deki enine kesitin bükülme hatasından önce oluşturulabilecek maksimum gerilimdir. FRP materyalleri üzerindeki etkili gerilmeler, tam elastik davranışlar varsayılarak FRP suşu yüzeyinden hesaplanabilir.

FRP Bükülme Başarısızlık Durumları

FRP ile güçlendirilmiş bir kesitin eğilme dayanımı, arıza modlarına bağlıdır. Bu amaç için, bir kesit için aşağıdaki eğilme başarısızlık durumları gereklidir.

• Çelik sel öncesi basınçlı betonun yıkılması
• Çekme çeliğinin akmasından sonra FRP tabakalarının yırtılması
• Çekme çeliği dökülmesinden sonra basınçlı betonun yıkılması
• Germe işleminde beton yüzeyden FRP ayrılması
• Beton kaplamanın çekme veya kesme yüzeylerinde ayrılması

FRP Kesme takviyesi

FRP takviyesinde ve burulma takviyesinde, FRP levhaları kirişin yan taraflarına monte edilir, burada lifler kirişin uzunlamasına eksenine dik veya çapraz olarak yönlendirilir. U-şekilli U-şekilli basamaklar için, FRP elyafları, yanın iki tarafına ve kirişin altına sürekli olarak tutturulur ve bu, FRP bükülme amplifikasyonunun inhibisyonunu arttırır. U şeklindeki menteşeleri sağlamak için mekanik kısıtlamalar da kullanılabilir.

FRP plakalarının uzunluğunun kirişin yüksekliği ile sınırlı olduğu göz önüne alındığında, betonun dayanımı önemlidir ve iyi kalitede olması gerekir. Beton yüzey FRP sisteminin gerekliliklerine uygun olmalı ve gerekiyorsa restore edilmelidir. FRP basamaklarının kirişin kenarlarındaki gerilme konsantrasyonundan dolayı kırılmasını önlemek için, bu kenarlar ve köşeler en az 3,5 cm’lik bir yarıçapa yuvarlatılmalıdır.

FRP ile burulma Takviyesi

Farklı bölümlerin burkulma kapasitesinin FRP ile takviye edilmesi çevre tarafından yapılabilir ve hesaplanması, FRP’lerin kayma takviyesi ile hafif bir farklılığa sahiptir. Kayma çatlaklarına benzer şekilde dikdörtgen kesitlerde burulma çatlaklarının oluşturulması. En büyük fark, Türkiye modelindeki kayma ve burulma çatlaklarıdır. Yırtık çatlaklar, eğik ve eğik kesme çatlakları gibidir; fark, üyenin önüne dizilmiş olmaları ve bir spiral düzenini takip etmeleridir.

Çekme takviyesi işleminde, liflerin üyeleri, FRP liflerini a açısının üye ekseni ile aynı hizaya getirdiklerinde, üye gövdesindeki gövdelerin oluşumunu önlerler, ancak diğer taraftan tamamen etkisizdirler. Bu yüzden dikkatlice düşünülmesi gerekiyor. FRP lifleri, elemanın burulma mukavemetini, kesit alanı çevresinde tamamen çevrelenmiş olması durumunda arttırır.

FRP ile sıkıştırma üyelerini güçlendirme

Sıkıştırma elemanlarının FRP malzemeleri ile kaplanması ve sıkıştırılması, bölümün basınç dayanımını arttıracaktır. FRP kapsülleme ayrıca, elemanın sertliğini, eksenel ve bükülme kuvvetleri ile birlikte arttırır. Sıkıştırma elemanlarını FRP levhalarla güçlendirmek için, elyafların uzunlamasına elemanın uzunlamasına eksenine dik olması gerekir. FRP kuşatıcı elyafları kapalı veya spiral ufalanmış gibi davranır ve kolonun geçirgenliğini sınırlar.

FRP kolonunun güçlendirilmesi veya yeniden yüzeylenmesi probleminde, deprem titreşim yüklerinin etkisinde enerji emilimi ve girdap emme kapasitesi çok önemlidir. FRP tabakalarının kolon boyunca uzatılmasıyla, kolonun bükülme mukavemeti de arttırılabilir, ancak bu, kolonların esnekliğini arttırmaz ve sadece yatay FRP elyaflarının şekillendirilebilirliğini arttırır.

Dikdörtgen kolondaki FRP takviyeli kolonların kapasitesindeki artış, yuvarlak kolondan daha düşüktür, çünkü FRP malzemesinin kapatma basıncı dikdörtgen kolonlarda daha dardır. FRP tarafından çevrelenmiş sütunlardaki nihai eksenel gerginliğin, çevrelenmemiş sütunlardan daha büyük olduğu belirtilmelidir. Daha sonra boyuna oluklardaki gerilme teslim olma oranını artırabilir. Aynı zamanda, FRP kompozit kolonunun takviye sürecinde, ilk önce kısa sütun olarak tanımlanan bir kolon, artan yük kapasitesi nedeniyle zayıf bir kolon olarak kabul edilebilir.