Betoniterästen korvaaminen komposiittitangoilla siltarakenteissa

Abstract

Tässä insinöörityössä tarkasteltiin FRP-tuotteiden ominaisuuksia ja mahdollisuuksia korvata siltojen perinteiset raudoitteet FRP-tangoilla. FRP-tuotteet kuten tangot ja punokset ovat kuiduista, hartsista ja lisäaineista valmistettuja komposiitteja. Näitä tuotteita on jo käytetty silloissa ja muissakin rakenteissa ulkomailla, kuten Kanadassa, USA:ssa, Japanissa ja Euroopassa. Suomessa FRP-tuotteiden käyttö ja tutkimus on ollut vähäistä. FRP-tuotteita on Suomessa käytetty vain jo olemassa olevien betonirakenteiden vahvistamiseen liimaamalla hiilikuitukangasta ja -nauhoja epoksiliimalla betonirakenteisiin.

FRP-tuotteiden erikoisominaisuuksia ovat hyvä korroosionkestävyys eli ruostumattomuus, suuri vetolujuus sekä keveys. Niiden käyttö siltarakenteissa perustuu edellä mainittuihin erikoisominaisuuksiin. FRP-tuotteiden huonoja ominaisuuksia ovat pieni murtovenymä, huono palonkestävyys, korkea hinta, arkuus UV-valolle sekä osittain epäselvä pitkäaikaiskestävyys suomalaisissa olosuhteissa. FRP-tankojen käyttöä rajoittaa myös se, että niitä ei voida taivuttaa työmaalla. Suurin osa FRP-tuotteiden huonoista ominaisuuksista voidaan ratkaista asianmukaisella suunnittelulla.

FRP-tuotteiden korkeita materiaalikustannuksia kompensoivat niiden hyvät ominaisuudet. Rakenteiden ylläpito- ja korjauskustannukset ovat huomattavasti pienempiä käytettäessä FRP-tankoja terästankojen sijaan. Korjauskulut ovat pienempiä tankojen ruostumattomuuden ansiosta. Myös rakenteen dimensiot ja paino pienenevät. Suomessa tehtyjen elinkaarikustannuslaskelmien mukaan FRP-tangoista lasikuitutangot ovat edullisin vaihtoehto korvaamaan terästangot keskisuuren maantiesillan reunapalkeissa sekä myös koko sillassa.

This thesis studies the properties of FRP products and the possibility of replacing steel reinforcement in bridges with FRP bars. FRP products such as FRP bars and braids are composites which are made of fibers, matrix material and additives. These products have already been used in bridges and in other constructions abroad for example in Canada, USA, Japan and Europe. In Finland research and use of FRP products has still been limited. In Finland FRP products have only been used in strengthening existing structures with FRP and epoxy.

Special properties of FRP-products are good corrosion resistance properties and tensile strength as well as light weight. The use of FRP products in bridge construction is based on these special properties. Problematic aspects of FRP products are small elongation at break, poor fire resistance properties, high material cost, sensitivity to UV-radiation and poorly known longterm durability in Finnish conditions. The use of FRP bars is also limited by the bending properties of FRP bars. FRP-bars cannot be bent on site. Most of the problems related to using FRP products can however be solved with appropriate planning.

The high material costs of FRP products are compensated by the good properties of FRP products. Maintenance and repair costs in constructions are considerably lower when using FRP bars instead of steel reinforcement. This is because FRP bars are corrosion resistant. Also the dimensions and weight of structures are smaller when FRP bars are used. Life cycle costs calculated in Finland show that it is economical to use FRP bars instead of steel bars in a middle sized road bridge.