Gelžbetoninių laikančiųjų konstrukcijų karkasas yra tarsi pastato, kaip vientiso organizmo, stuburas. Kad atlaikytų jam tenkančias apkrovas ir atšiaurias aplinkos sąlygas, jam stiprinti naudojamos įvairios priemonės. Vienas naujausių ir inovatyviausių būdų yra stiprinimas anglies pluoštu. Šios technologijos efektyvumas vertinamas ir „Vilnius-Tech“ laboratorijose.
Pasikeitusių sąlygų lemiamos deformacijos
Skaičiuodami gelžbetoninių sijų laikomąją galią, projektuotojai dažniausiai įvertina statmenojo ir įstrižojo pjūvio stiprumą – pagrindinius projektinius parametrus, veikiančią apkrovą, medžiagų stiprumą, konstrukcijos geometriją.
Konstrukcijos eksploatavimo metu veikianti išorinė apkrova gali padidėti, pavyzdžiui, pakeitus apkraunamo ploto kategoriją. Pasikeitus aplinkos sąlygoms (ekspozicijos klasei), gali pablogėti medžiagų fizikiniai ir pakisti konstrukcijos geometriniai parametrai, pačios konstrukcijos ar dėl betono trupėjimo ar korozijos pažeistos armatūros skerspjūvis. Dėl papildomų poveikių atsiranda papildomų įrąžų, kurios galėjo būti neįvertintos projektuojant.
Kodėl gali įvykti staigus irimas stiprinant betono konstrukciją anglies pluoštu?
Norint toliau eksploatuoti konstrukciją, reikia atstatyti jos laikomąją galią, atsižvelgiant į padidėjusią apkrovą, pakitusią konstrukcijos geometriją, medžiagų mechanines savybes, esamas eksploatacines sąlygas ar atsiradusius papildomus poveikius. Projektuotojas vėl turi įvertinti statmenojo ir įstrižojo pjūvio stiprumą, tada nustatyti, kuri konstrukcijos vieta yra silpniausia, t. y. netenkina stiprumo sąlygų. Jeigu yra nepakankamas tempiamos armatūros kiekis, siją galima stiprinti tempiamojoje zonoje įrengiant papildomą anglies pluošto kompozitinį sluoksnį.
Puikios anglies pluošto kompozito mechaninės savybės jau ne kartą buvo aptartos įvairioje literatūroje. Trumpai apibūdinant, anglies pluoštas yra iki 10 kartų stipresnis už paprastą plieninę armatūrą, todėl, sustiprinus sijos tempiamąją zoną, gali pasikeisti sijos irimo pobūdis (projektuojant gelžbetonines sijas numatoma, kad, pasiekus ribinį būvį, irtis vyksta plastiškai tekant tempiamai armatūrai, o gniuždomo betono maksimalus stipris pasiekiamas tik esant dideliam kreiviui).
Anglies pluoštu sustiprinus tempiamąją sijos skerspjūvio zoną, atitinkamai sukuriama ir didelė atstojamoji jėga, kurios gniuždomosios zonos betonas nepajėgs atsverti, todėl irties vieta gali pakeisti savo lokaciją. Galimi nauji staigios irties variantai: tempiamo pluošto trūkimas, gniuždomosios zonos betono irtis, pluošto atplėšimas (irtis horizontaliame pjūvyje).
Papildomi sprendiniai siekiant išvengti staigios gelžbetonio konstrukcijos irties
Todėl reikalingi papildomi sprendiniai konstrukcijos irties neapibrėžtumui sumažinti. Siekiant panaikinti gniuždomosios zonos betono irtį, gniuždomąją zoną galima sustiprinti įrengiant padidinto stiprumo betoninį sluoksnį. Norint išvengti pluošto atplėšimo, reikia įrengti papildomą pluošto inkaravimą.
Dažniausiai pluoštas atplėšiamas vystantis įstrižiesiems plyšiams, esant silpnam betonui ties pluošto priklijavimo vieta arba nekokybiškai priklijavus pluoštą (ne pagal gamintojo reikalavimus). Vadovaujantis įvairių gamintojų pluošto klijavimo technologinėmis rekomendacijomis, galima lengvai pašalinti silpną betoną, panaudoti epoksidinius gruntus, glaistus ir atstatyti pažeisto betono mechanines savybes. Lieka suvaldyti įstrižųjų plyšių įtaką pluošto atplėšimui. Kadangi sustiprinta sija turės atlaikyti didesnę apkrovą, atitinkamai reikia atsižvelgti ir į įstrižojo pjūvio stiprumą.
Gelžbetoninių sijų tempiamojoje zonoje sustiprintų anglies pluoštų tyrimai rodo, kad po stiprinimo įstrižieji plyšiai pakeis savo vystymosi kryptį, taps labiau pasvirę, jų kiekis padidės, atitinkamai sumažės efektyvus priklijavimo plotas, ir pluoštas atplyš nuo betono paviršiaus, nepasiekęs savo tempiamojo stiprio normaliniame pjūvyje. Apskaičiuotas stipris bus nepasiektas, ir tokios konstrukcijos eksploatavimas taps nesaugus. Esant netinkamam pluošto inkaravimui, toks suirimo pobūdis yra dažniausias, todėl pluoštui reikalingas papildomas inkaravimas. Vienas efektyviausių pluošto papildomų inkaravimo būdų yra plieninių arba anglies pluošto apkabų įrengimas.
Tyrimai rodo, kad, inkaruojant apkabomis, padidėja ir įstrižojo pjūvio stiprumas. Didėjant išorinei apkrovai, apkabose didėja tempimo įtempiai, todėl apkaba dar labiau prispaudžia išorinį tempiamą anglies pluoštą prie betono paviršiaus. Geras inkaravimas leidžia tempiamame pluošte pasiekti jo ribinius tempimo įtempius, suirimas būna staigus, trapus.
Padidinamas sijų standumas ir laikomoji galia
Dar vienas stiprinimo anglies pluoštu privalumas yra tas, kad padidėja sijų standumas. Pats pluoštas yra plonas kaip membrana, ir jo inercijos momentas menkas, kad darytų įtaką standumo padidėjimui. Tačiau anglies pluoštas pasižymi ne tik dideliu tempiamuoju stipriu, bet ir tamprumo moduliu, palyginti su kitomis pluoštinėmis kompozitinėmis medžiagomis. Pluošto didelis tempiamasis stipris ir tamprumo modulis pusiausvyrai užtikrinti pareikalaus didesnės gniuždomosios zonos, tada inercijos momentas ir padidės. Įlinkių prieaugis mažės, bet dar reikia atsižvelgti į betono plastiškumą.
Gelžbetoninių konstrukcijų eksploatavimo metu dėl ilgalaikio apkrovos poveikio betone vystosi valkšnumo deformacijos, t. y. plastinės deformacijos, kurios, panaikinus apkrovimą, neatsistato. Tempiama plieninė armatūra nepasižymi tokiu valkšnumu kaip betonas, todėl armatūroje deformacijos turi pobūdį atsistatyti. Sijų stiprinimo metu išorinė apkrova panaikinama – iki kol pradedamas pluošto klijavimo procesas, sijos skerspjūvyje įvyksta įrąžų persiskirstymas. Skerspjūvyje gniuždomosios zonos dydis pradeda keistis, jis didėja, o tai reiškia, kad formuojasi naujas, dar didesnis inercijos momentas. Tempiamojoje zonoje priklijavus anglies pluoštą, gaunamas naujas inercijos momentas.
Atėjus laikui didinti išorinę apkrovą, sija dirbs su nauju, didesniu standumu, įlinkio prieaugis, palyginti su nesustiprinta sija, taps mažesnis. Todėl stiprinimas anglies pluoštu eksploatavimo metu leidžia naudoti didesnes išorines apkrovas, nes ribiniai įlinkiai bus pasiekti prie didesnių apkrovų. Sustiprintos sijos plastinis suirimas tampa neaktualus, nes laikomoji galia didesnė negu nestiprintos, plienine armatūra armuotos sijos. Didėjant išorinei apkrovai, kai tempiamoje plieninėje armatūroje bus pasiekti takumo įtempiai, toliau atsirandantį tempimo jėgos prieaugį perims anglies pluoštas, todėl, norint išnaudoti pluošto stiprumą, jį reikia patikimai inkaruoti.
Efektyviausias būdas – įtempti anglies pluoštą prieš klijuojant
Jeigu priklijuoto anglies pluošto teikiamas efektyvumas menkas, tokiu atveju pluoštas prieš klijavimą gali būti įtempiamas. Toks stiprinimo būdas, kai pluoštas prieš klijavimą įtempiamas, yra pats efektyviausias. Stiprinimo esmė – pluošto įtempimo jėgą perduoti gelžbetoninei sijai. Pluošto įtempimas ir jėgos perdavimas technologiškai yra labai sudėtingas procesas. Kaip ir paprastame įtemptame gelžbetonyje, taip ir šiuo atveju, turi būti įvertinti įtempių nuostoliai anglies pluošte. Įtempimo jėga stiprinamoje sijoje pakeičia įrąžų pusiausvyrą.
Tempiamoje plieninėje armatūroje ir gniuždomame betone sumažėja įtempiai, dėl to esamų plyšių plotis ir sijos įlinkis sumažėja. Gniuždomosios zonos aukštis padidėja dar labiau, todėl suformuojamas dar didesnis inercijos momentas. Taip sustiprintą siją apkrovus pakartotinai, įlinkio prieaugis tampa dar mažesnis, laikomoji galia, palyginti su sijomis, sustiprintomis ne įtemptu pluoštu, dar didesnė. Buvo minėta, kad plieninėje armatūroje ir betone sumažėja įtempiai. Todėl sijose su įtemptu pluoštu tempiamos plieninės armatūros ir gniuždomo betono ribiniai įtempiai pasiekiami prie didesnės apkrovos. Atsiranda puiki galimybė įtemptu pluoštu kontroliuoti sijos įlinkius ir laikomąją galią. Taigi, kuo didesnis pluošto įtempimas, tuo didesnė jėga bus perduodama sijai. Atitinkamai labiau sumažėja esamos deformacijos skerspjūvyje, daugiau sumažinamas esamas įlinkis.
Papildomai apkrovus, įlinkio prieaugis tampa mažesnis, laikomoji galia – didesnė. Stiprinimas įtemptu pluoštu gali suteikti nuostabių galimybių kontroliuoti sijų elgseną, tačiau reikia nepamiršti apie pluošto inkaravimą. Kuo labiau įtempiamas pluoštas, tuo labiau šliejamas betonas ties priklijuotu pluoštu. Įtempimo jėgą perduodant sijos betonui, pluoštas tiesiog gali atplyšti kartu su betonu ar nuo betono paviršiaus. Papildomas pluošto inkaravimas yra neišvengiamas, ir pluošto inkaravimo metodai, leidžiantys išnaudoti jo privalumus, turi būti tiriami.
Straipsnį parengė:
Doc. dr. Mykolas Daugevičius, doc. dr. Tomas Skuturna, „Vilnius-Tech“ Gelžbetoninių konstrukcijų ir geotechnikos katedra
Kompozitinės medžiagos, palyginti su tradicinėmis, tampa patrauklia alternatyva stiprinant visų tipų statinių konstrukcijas. Kompozitinių medžiagų naudojimas skirtingos paskirties, t. y. pramoninių, hidrotechninių, civilinių, infrastruktūros ir kitų pastatų bei inžinerinių statinių, statybai ar jų remontui, nėra tradicinis, bet šis stiprinimo būdas atveria platesnių pasirinkimo galimybių projektuotojams ir rangovams renkantis optimalų konkrečios konstrukcijos stiprinimo būdą. Skaityti daugiau >
Kokybiškas pastato laikančiųjų konstrukcijų stiprinimas – svarbus ir didelis iššūkis konstruktoriams ir inžinieriams. Šiuolaikinės technologijos ir jų spartus vystymasis padeda užtikrinti gyvenamųjų ir komercinių pastatų, tiltų ir kitų inžinerinių statinių eksploatavimo laiką ir atveria neregėtų galimybių pastato konstrukcijos stiprinimui. Modernioje pramonėje plačiai pritaikomos iš anglies pluošto pagamintos medžiagos leidžia kurti tvarius ir ilgaamžius statinius. Skaityti daugiau >
UAB „Orion Global PET“ („Indorama“) gamyklos Klaipėdoje PET granulių talpų laikančio gelžbetoninio rėmo sijos UAB „Delta Nova“ buvo sustiprintos Šveicarijos koncerno „S&P Clever Reiforcement“anglies pluošto (CFRP) lamelėmis.
Straipsnis paskelbtas žurnale „SA.lt“ (Statyba ir architektūra) | 2021 balandis
Norite žurnalo tiesiai į namus ar biurą?
PARTNERIO TURINYS
