Teräsbetonipalkin vahvistaminen hiilikuitukomposiiteilla

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena on tutkia hiilikuitukomposiittien soveltumista rakenteiden vahvistamiseen, sekä tutkia teoreettisten laskentakaavojen paikkansapitävyyttä käytännön sovelluksissa. Lisäksi tavoitteena oli tuottaa oppimateriaalia Savonia–ammattikorkeakoululle Opinnäytetyötä varten suunniteltiin kaksi teräsbetonipalkkia, jotka mitoitettiin kestämään tasavahvasti leikkaus- ja taivutusrasitusta. Tämän jälkeen palkit valmistettiin suunnitelmien mukaisesti ja asennettiin teräksiin sekä hiilikuituihin venymiä mittaavia antureita. Toinen teräsbetonipalkki vahvistettiin liimaamalla hiilikuitutankoja taivutuslujuuden lisäämiseksi palkin alapintaan tehtyyn uraan NSM (Near Surface Mounted)- menetelmällä sekä hiilikuitukangasta palkin ympäri leikkauslujuuden lisäämiseksi. Vahvistamaton palkki korjattiin samalla menetelmällä ensimmäisen koepuristuksen jälkeen. Koepuristukset tehtiin Savonia–ammattikorkeakoulun betonitekniikanlaboratoriossa ja tuloksia verrattiin sekä käsinlaskennan arvoihin että tietokone ohjelmien laskelmiin. Tuloksista ilmeni, että hiilikuituvahvikkeet kasvattivat koepuristuksissa palkkien leikkaus- ja taivutuskapasiteettia huomattavasti. Palkkien vahvistaminen todettiin myös työteknisesti suhteellisen helpoksi ja nopeaksi, joka tekee siitä kustannustehokkaan ratkaisun rakenteiden vahvistamiselle.

The purpose of this thesis was to study strengthening of concrete beams with carbon fiber composites and produce teaching material to Savonia University of Applied Sciences. Two concrete beams were designed and produced for this thesis. Both beams were reinforced with steel reinforcement and the second one was also strengthened with carbon fiber composites. Strain gauges were installed to the beam steel reinforcement and carbon fibers. The first beam was tested in a laboratory without any carbon fiber composites. After the test the beam was repaired with carbon fiber composites using the NSM-method (Near Surface Mounted). The second beam was tested only once with carbon fiber composites. All the tests were completed during winter 2012. The test results were compared to calculations made by hand and computer. As a result, the laboratory tests showed that carbon fiber composites increase the shear and bending moment capacity of the beams significantly. The hand calculations gave similar results with the tests. The beam strengthening was also found to be an easy and quick operation.