Teorijska i eksperimentalna analiza nosača od lepljenog lameliranog drveta ojačanih karbonskim trakama

Abstract

Rezime Ideja o ojačanju nosača od lepljenog lameliranog drveta došla je kao odgovor na potrebu poboljšanja mehaničkih karakteristika, kao i obezbeđivanja veće pouzdanosti ovih konstrukcijskih elemenata. Tokom prethodnih desetak godina primena polimera ojačanih vlaknima (FRP) za ojačanje i sanaciju konstrukcija je značajno povećana. Karakteristike kao što su mala težina, visoka krutost i čvrstoća na zatezanje, koroziona otpornost i širok spektar raspoloživih veličina i oblika su neki od razloga koji opravdavaju rastuću upotrebu ove vrste materijala. Mada su intezivna istraživanja primene FRP kompozita sprovedena za armiranobetonske i zidane elemente, vrlo ograničene informacije su dostupne vezano za primenu u drvenim konstrukcijama. U okviru ove teze se istražuju mogućnosti primene karbonskih (CFRP) traka kao ojačanja lepljenih lameliranih drvenih nosača. Eksperimentalni, analitički i numerički pristupi su korišćeni u cilju procene efekta ojačanja na ponašanje nosača pri savijanju. Posebna pažnja je usmerena ka utvrđivanju optimalnog položaja ojačanja koji će omogućiti maksimalno poboljšanje nosivosti i krutosti u odnosu na neojačani nosač. Eksperimentalni program je obuhvatio izradu i ispitivanje na savijanje neojačanih i ojačanih nosača. Svi nosači su ispitani do loma. Mehaničke karakteristike ojačanih nosača su upoređene sa karakteristikama neojačanih nosača sa aspekta veze opterećenje-ugib, oblika loma, nosivosti, krutosti i raspodele dilatacija u preseku. Ostvarivanje spoja lepljenjem je široko prihvaćeno kao efikasan metod za ravnomerno prenošenje opterećenja između konstrukcijskih materijala i generalno se smatra kao najpogodnija tehnika povezivanja FRP materijala i drveta. Kvalitativna procena karakteristika spoja između drveta, epoksidnog lepka i karbonske trake sprovedena je posebnim ispitivanjem. Program ispitivanja materijala je, takođe, sproveden, sa ciljem određivanja mehaničkih karakteristika drveta i CFRP materijala, koje mogu biti korišćene kao ulazni podaci za analitičku i numeričku analizu...

The idea of reinforcing glued laminated timber (glulam) beams came in response to the need to improve the mechanical properties, as well as to ensure higher reliability of this type of structural elements. In the last decade the use of fiber reinforced polymers (FRPs) in the context of strengthening and repairing structures has been significantly increased. Properties such as light weight, high stiffness and tensile strength, corrosion resistance and wide variety of available sizes and shapes are some of the reasons that justify the growing use of this type of materials. Although extensive research has been conducted for concrete and masonry members reinforced with FRP composites, very limited information is available for timber applications. This thesis investigated the possibility of using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) plates as reinforcement of glulam beams. Experimental, analytical and numerical approaches are employed in order to assess the effect of the reinforcement on flexural behavior of beams. The main focus of this thesis had been on identifying an optimum reinforcement arrangement which maximizes the stiffness/strength properties. The experimental test program involved the fabrication and testing in flexure of unreinforced beams and reinforced beams. All of the beams were tested to failure to examine their behavior and determine the effect of various reinforcing schemes. The mechanical performance of the reinforced beams is compared with that of the unreinforced glulam beams with regard to the load-deflection behavior, failure mode, ultimate load capacity, stiffness and strain profile distribution. Adhesive bonding is widely recognized as an effective method for uniformly transferring the shear stresses between structural materials and is generally considered the most effective technique for connecting reinforcing FRP material and timber. Characterization of the bond performance between the timber, epoxy adhesive and CFRP plates was undertaken. A program of material characterization studies was, also, undertaken to determine mechanical properties for the timber and CFRP which could be used as input data for the analytical and numerical models...