Odkształcenia betonu w strefie rozciąganej . 34

Na Rys. 3.9. porównano wykresy średnich odkształceń

betonu w poziomie zbrojenia rozciąganego (ε

t,av

),

obliczo-nych na podstawie trzech środkowych baz pomiarowych

Rt6, Rt7 i Rt8, w funkcji obciążenia. Uwzględniono belki

serii A i B wzmocnione taśmami przyklejonymi do

po-wierzchni betonu (B12-asp, B12-asp-e i B12-a), jak i

nieprzyklejanymi (B12-sp i B12-sp-e), oraz belki serii C

(B16-asp i B16-asp-e). Takie zestawienie wykresów dla

wszystkich zbadanych elementów uwidacznia wpływ

wstępnego wytężenia elementu przy wykonywaniu

wzmocnienia na zachowanie się elementów pod

obciąże-niem (porównanie t asp z asp-e; sp z

B12-sp-e; i B16-asp z B16-asp-e). Belki silniej wytężone przed

wzmocnieniem wykazały większe odkształcenie betonu

w strefie rozciąganej (przy tych samych poziomach

obcią-żeń) niż belki wzmocnione pod ciężarem własnym. W

elementach wzmocnionych pod obciążeniem

zewnętrz-nym sięgającym 76% nośności elementu

niewzmocnione-go wyraźnie widoczny jest wzrost sztywności elementu (w

rozumieniu mniejszego pochylenia wykresu) w stosunku

do sztywności elementów wzmocnionych wyłącznie pod

ciężarem własnym. Można uznać, że poziom wstępnego

obciążenia nie wpłynął na końcowe średnie odkształcenia

rozciągające betonu.

Różnice między wykresami dla poszczególnych belek

można zaobserwować dopiero po uplastycznieniu

zbrojenia zwykłego. Przyrost odkształceń betonu w

funkcji obciążenia jest większy dla elementów

wzmocnionych nieprzyklejoną taśmą, co potwierdza

jednoznacznie ich większa odkształcalność w porównaniu

z belkami wzmocnionymi taśmami przyklejonymi do ich

spodniej powierzchni.

The strain increase in the strip near the anchorage

clamp at the moment of its pulling out was equal to 4.7‰

(ε

f,tot

= 9.6‰).

The strain of the CFRP laminate in the elements

strengthened with strips bonded to the concrete surface

were greater at the moment of failure than in the elements

strengthened without any bonding between the laminate

and the concrete surface. The average difference was

about 2‰. The strain increase in the unbonded strips,

during the test (ε

f,test

) was equal to 6.9‰ for the B12-sp

beam and 5.0‰ for the B12-sp-e beam, whereas for the

beams with bonded composite it was 9.3‰ for the

B12-asp beam and 6.85‰ for the B12-B12-asp-e beam. In case of

the B12-a beam strengthened without any anchorage

system, the increase in the CFRP strain was equal to

6.4‰, which is comparable to the value for the elements

with mechanical anchorage of the strip. In the beams

reinforced with bars with the diameter of 16mm the CFRP

strain increase in the strip reached the value of 8.0‰ in

the B16-asp beam and 7.15‰ in the B16-asp-e beam. In

the elements strengthened under the load reaching 76% of

the load bearing capacity of a non-strengthened element,

the average increase in strain was by 2‰ smaller in B12

beams and by 1‰ smaller in B16 beams.

The pulling of the strips from the anchorage system

took place with strain at the ends of the strip from 5.0‰

for the B12-sp-e beam to 7.0‰ for the B12-asp beam.

3.4 Concrete strain in tensile zone

In fig. 3.9. there is a comparison of the average

con-crete strain at the level of the tensile reinforcement (ε

t,avg

),

calculated on the basis of three central measurement

bases: Rt6, Rt7 and Rt8, in the function of load. What was

taken into consideration were beams from A and B series,

strengthened with strips bonded to the concrete surface

(B12-asp, B12-asp-e and B12-a) as well as the unbonded

ones (B12-sp and B12-sp-e), and the ones from C series

(B16-asp and B16-asp-e). Such a combination of graphs

for all the tested elements shows the influence of initial

preloading of an element during strengthening on the

behaviour of elements under load (the comparison of

B12-asp with B12-B12-asp-e; B12-sp with B12-sp-e; and B16-B12-asp

with B16-asp-e beams). The beams more highly preloaded

before strengthening demonstrated greater concrete strain

in tensile zone (at the same levels of loads) than the beams

strengthened under dead load. In the elements

strength-ened under external load reaching 76% of the steel

yield-ing of the non-strengthened element, one can clearly

ob-serve the increase in the stiffness of the element in relation

to the stiffness of elements strengthened only under the

dead load. One can indicate that the preloading level did

not influence the maximum average tensile strain of

con-crete.

The differences between the graphs for particular

beams can be observed only after yielding of ordinary

reinforcement. The increase in concrete strain in the

func-tion of load is higher for the elements strengthened with

an unbonded strip, which distinctly confirms their greater

deformability in comparison with the beams strengthened

with strips bonded to their bottom surface.

Warto również zauważyć, że do chwili uplastycznienia

stalowego zbrojenia różnice między belkami

wzmocnionymi z przyczepnością i bez przyczepnści są

pomijalne małe. Warto zauważyć, że kilkukrotne

odciążanie i ponowne obciążanie wzmocnionych już

elementów (B12-asp i B12-sp) nie miało wwu na dalszy

charakter pracy belki.

3.5 Przemieszczenia pionowe

Wykresy przemieszczeń pionowych belki na długości

elementu dla kolejnych poziomów obciążenia, wskazują

na symetryczny charakter pracy elementu względem

środ-ka przęsła.

Na przykładzie elementu B16-asp-e (Rys. 3.10) widać,

że belka ugięła się symetrycznie względem środka

przę-sła. Dwa wykresy ugięć oznaczone linią przerywaną

opra-cowano na podstawie pięciu (V

1

, V

2

, V

5

, V

8

i V

9

) lub

trzech (V

1

, V

5

i V

9

) pomiarów zarejestrowanych pod

ob-ciążeniem elementu równym 2F=72kN. Pozostałe

pomia-ry przemieszczeń (V

2

, V

3

, V

4

, V

6

, V

7

i V

8

) nie zostały

zarejestrowane, ponieważ przekroczony został zakres

przetworników. Pomiar dla środka belki zarejestrowano

przy użyciu dwóch czujników indukcyjnych o bazie

po-miarowej 50mm i 100mm, a dodatkowo zastosowano

pionową linijkę, co zapewniło możliwość odczytania

przemieszczeń po przekroczeniu zakresu czujnika.

Anali-zując wykres pionowych przemieszczeń środka belki

w funkcji obciążenia, można z łatwością wyznaczyć

cha-rakterystyczne punkty oddające sposób zachowania się

elementu w całym zakresie obciążeń.

It is also worth mentioning that until yielding of steel

reinforcement, the differences between beams

strength-ened with and without bonding are negligibly small.

It is worth mentioning that unloading and loading

process of the strengthened elements several times

(B12-asp and B12-sp) had no influence on their behaviour after

strengthening.

3.5 Vertical displacements

The graphs presenting vertical displacements of a

beam on the length of an element for the subsequent levels

of load indicate symmetrical deformation of the beams in

relation to the midspan.

One can observe, on the example of the B16-asp-e

element (Fig. 3.10) that the beam deflections were

sym-metrical in relation to the midspan. Two graphs of

deflec-tions marked with the dotted line were drawn on the basis

of five (V

1

, V

2

, V

5

, V

8

and V

9

) or three (V

1

, V

5

and V

9

)

gauges registered under the load of the element 2F=72kN.

The other measurements of displacements (V

2

, V

3

, V

4

, V

6

,

V

7

and V

8

) were not registered because LVDT's range had

been exceeded. The measurement for the beam's midspan

was registered with the use of two induction sensors with

measurement basis of 50mm and 100 mm, and

addition-ally a vertical ruler was used, which made it possible to

read the displacements after LVDT's range had been

ex-ceeded. Analyzing the midspan deflections in the function

of load, one can easily determine characteristic points

showing element's behaviour in the full range of loads.

Rys. 3.9. Wykresy średnich odkształceń betonu w poziomie zbrojenia rozciąganego w funkcji obciażenia

Fig. 3.9. The graphs of average concrete strain at the level of the tensile reinforcement in the function of load

W pierwszym etapie element niewzmocniony został

obciążony do siły 0.76F

u0

(pkt. A). Następnie pod

nie-zmiennym obciążeniem zewnętrznym zostało wykonane

wzmocnienie przy użyciu sprężonej taśmy CFRP, co

spo-wodowało wyraźne cofnięcie wywołanych uprzednio

przemieszczeń pionowych (pkt. B), a następnie

ograniczy-ło prędkość przyrostu ugięć wraz z przyrostem obciążenia

zewnętrznego. Kolejnym charakterystycznym etapem było

odspojenie taśmy od powierzchni betonu w środku jej

rozpiętości (pkt. C). Wywołało ono wzrost ugięć i

chwi-lowy spadek siły obciążającej. W ostatnim etapie (pkt. D),

po doprowadzeniu obciążenia do tego samego poziomu,

doszło do wysunięcia taśmy z systemu kotwiącego, co

doprowadziło do gwałtownego wzrostu ugięć przy

jedno-czesnym spadku siły obciążającej (zniszczenie elementu).

Analogiczne odpowiedzi na obciążenie zaobserwowano

w pozostałych tach.

Wyraźny ww przyczepności pomiędzy taśmą CFRP a

powierzchnią betonu na pionowe przemieszczenia środka

belki obrazują wykresy na Rys. 3.11. a, b. Porównano na

nich belki B12-asp z B12-sp oraz B12-asp-e z B12-sp-e.

Po uplastycznieniu stalowego zbrojenia, przemieszczenia

pionowe belek wzmocnionych bez przyczepności

(B12-sp, B12-sp-e) przyrastają szybciej niż przemieszczenia

odpowiadających belek wzmocnionych taśmą przyklejoną

(B12-asp, B12-asp-e). Potwierdza to opinię o niższej

sztywności belek wzmocnionych bezprzyczepnościowo,

po uplastycznieniu stalowego zbrojenia, niż belek z

taśmami przyklejonymi na całej długości.

In the first stage, the non-strengthened element was

loaded up 0.76F

u0

(point A). Next, under constant external

load, strengthening with the pretensioned CFRP laminate

was performed, which resulted in reduction of the vertical

displacements at the constant load(point B), and then it

slowed down the increase in deflections with the increase

of external load. Another characteristic stage visible on

the graph corresponds to debonding of the strip from the

concrete surface in the midspan (point C). It caused the

increase in deflections and temporary drop of loading

force. In the last stage (point D), once the load had been

brought to the same level, the strip pulled out from the

anchoring plates, which led to the sudden increase in

de-flections with simultaneous decrease in the loading force

(at failure). Similar behaviour were confirmed the rest of

the beams.

A clear influence of the adhesion between CFRP

laminate and concrete surface on vertical displacements of

the beams are shown in graphs in Fig. 3.11. a, b. They

present a comparison of B12-asp and B12-sp beams as

well as of B12-asp-e and B12-sp-e beams. After the steel

yielding, vertical displacements of the beams strengthened

without any bonding (B12-sp, B12-sp-e) indicated higher

increase in the midspan displacements then the beams

strengthened with the bonded strip (B12-asp, B12-asp-e).

It confirms the lower stiffness of the beams strengthened

with unbonded laminate than the beams strengthened with

the bonded laminate after the steel yielding.

Rysunek 3.11.c potwierdza niewielki ww wstępnego

obciążenia (sięgającego nawet 0.76F

u0

) na ugięcie

wzmocnionej belki. Zarówno belki wzmocnione

wyłącznie pod obciążeniem wywołanym ciężarem

własnym, jak i belki wzmocnione pod dodatkowym

obciążeniem zewnętrznym (B16-asp-e i B16-asp),

osiągnęły w chwili zniszczenia zbliżone wartości

pionowych przemieszczeń (Rys. 3.11.c).

W dokumencie Widok Efektywność zastosowania wstępnie naprężonych taśm CFRP do wzmacniania belek żelbetowych na zginanie (Stron 34-37)