Dosažené výsledky

Definice oblasti aplikace
Nenapjatá výztuž
Předpínaná výztuž
Optimalizace návrhu průřezu
Zesilování zděných kleneb
Externí FRP
Definice oblasti aplikace >>

Externí FRP výztuž se využívá pro dodatečné zesilování konstrukcí namáhaných normálovou silou, ohybovým resp. kroutícím momentem nebo kombinací uvedených namáhání.

Typy externích FRP výztuží:

NSMR (výztuž umístěná v blízkosti povrchu) je vhodná nejen pro dodatečné zesilování konstrukcí, ale i pro nové hybridní prvky.

Externí výztuž
a) lepená lamela; b) c) NSMR
Interní FRP
Definice oblasti aplikace >>

Interní FRP výztuž z kompozitů na bázi skleněných, uhlíkových, čedičových a aramidových vláken lze využívat pro zesilování nově prováděných konstrukcí (nosná, rozdělovací či smykové výztuž).

Hlavní výhodou výztuže na bázi FRP je její odolnost proti agresivním účinkům okolního prostředí.

Interní výztuž
Schema betonového prvku vyztuženého FRP výztuží

Typické příklady využití:

Materiál pro výztuž – matrice a vlákna
Nenapjatá výztuž >> Vývoj >>

Matrice pro nenapjaté FRP výztuže

Vyztužující vlákna

Povrchové úpravy výztuže
Nenapjatá výztuž >> Vývoj >>

Cílem při testování povrchové úpravy výztuží bylo optimalizovat:

Příklady povrchů:


Výztuž s obousměrným spirálovým ovinutím.
Výztuž s obousměrným spirálovým ovinutím

Hladká rovná tyč opatřená dodatečnou vrstvou křemičitého písku.
Hladká rovná tyč opatřená dodatečnou vrstvou křemičitého písku v epoxidové pryskyřici.

Výztuž se spirálovitým prohnutím nosných vyztužujících uhlíkových vláken.
Výztuž se spirálovitým prohnutím nosných vyztužujících uhlíkových vláken.

Výztuž se spirálovitým ovinutím opatřená navíc vrstvou profilované matrice bez vyztužujících vláken.
Výztuž se spirálovitým ovinutím opatřená navíc vrstvou profilované matrice bez vyztužujících vláken.
Tahové zkoušky
Nenapjatá výztuž >> Vývoj >>

Ověřují se základní fyzikální vlastnosti FRP výztuží, jako jsou modul pružnosti a pevnost v tahu. Jsou závislé na povrchové úpravě výztuže a proto je nutné je provádět pro každý nově vyvinutý povrch.

Problémem je vytvoření dostatečně únosné kotevní oblasti, která by umožnila přenést tahové zatížení do výztuže, není možné použít samosvorný mechanismus.

Použita byla tlustostěnná trubka s vyvrtanými otvory, do které byla výztuž zalita epoxidovým lepidlem.

Ukotvení kompozitní výztuže do ocelové trubky s otvory.
Ukotvení kompozitní výztuže do ocelové trubky s otvory.

Přiklady pracovních diagramů:


Pracovní diagram CFRP tyče.
CFRP tyč (průměr 6 mm, jednostranné ovinutí se stoupáním 2D)

Pracovní diagram GFRP tyče.
GFRP tyč (průměr 14 mm, jednostranné ovinutí se stoupáním 2D).

Způsob porušování tyče je závislý na výšce ovinutí. Výztuže s hladkým a pískovaným povrchem se vytrhávaly z epoxidové pryskyřice, takže nebylo možno stanovit pevnost v tlaku.

Krátkodobé zkoušky-soudržnost s betonem
Nenapjatá výztuž >> Interakce s betonem >>

Cílem je stanovení vlivu povrchové úpravy výztuže na soudržnost s betonem. V současnosti neexistuje v ČR předpis pro zkoušení nekovových výztuží. Použity byly metodiky dle ACI 440.3R-03, ČSN 73 1328 z roku 1792 a jejich kombinace:

Betonová krychle bez výztuže, 200 mm. Betonová krychle s výztuží, malá. Betonová krychle s výztuží, 200 mm.
a) Vzorek dle ACI b) Vzorek dle ČSN c) Kombinace

Schéma zkoušky soudržnosti. Realizace zkoušky soudržnosti.
Zkouška soudržnosti FRP s betonem - schéma a realizace.


Výsledky prokázaly značný vliv povrchové úpravy na velikost soudržnosti:

Graf prrůměrného mezního zatížení pro jednotlivé typy povrchů.
Průměrné mezní zatížení pro jednotlivé typy povrchů.

Dalším krokem v experimentech bude zkoušení vlivu agresivního prostředí na únosnost kotevní oblasti výztuže, resp. na celkovou funkčnost výztuže po vystavení agresivnímu prostředí.

Dlouhodobé zkoušky (2006-12/2008)
Nenapjatá výztuž >> Interakce s betonem >>

Jsou dokončovány dlouhodobé zkoušky kotvení lamel:

Schéma zkoušky. Realizace zkoušky.
Zkouška kotevní oblasti externí výztuže - schéma a realizace.

Lamely jsou namáhány stálým zatížením (vyvozeným kalibrovanou pružinou) a zmrazovacími cykly. Deformace jsou sledovány:

Graf průběhu dotvarování kotevní oblasti.
Průběh dotvarování kotevní oblasti – kotevní délka 225 mm.

Po uplynutí stanoveného období jsou provedeny zkoušky únosnosti kotvení. Přípravky budou dále aplikovány pro dlouhodobé zkoušky vnitřních výztuží. V současné době probíhá výroba výztuží a návrh kotevních těles.

Podélná tahová výztuž
Nenapjatá výztuž >> Jednoduché prvky s výztuží >> Krátkodobé zkoušky >>

Betonové nosníky o rozměrech 350x100x2200 mm byly vyztuženy pouze podélnou nekovovou výztuží (tyče GFRP o průměru 14 mm s dvojitým ovíjením) a namáhány čtyřbodovým ohybem tak, aby došlo k porušení vlivem ohybového momentu:

Ohýbaný nosník s rozevřenými trhlinami ve střední části.
Zatížený nosník s rozevřenými trhlinami ve střední části.

Dále bylo provedeno zatěžování kontrolní sady nevyztužených nosníků.

Smyková výztuž
Nenapjatá výztuž >> Jednoduché prvky s výztuží >> Krátkodobé zkoušky >>

Kompozitní materiály po vytvrzení nejsou tvarovatelné, proto je záměrně smyková výztuž vyráběna bez vytvrzení (s vypnutým ohřevem) a tu lze za níkých teplot dlouhodobě uchovávat. Podélná výztuž se rozmístí a fixuje dle armovacího výkresu a poté se aplikuje smyková výztuž.

Armokoš vytvořený z nekovové výztuže.
Vzorek výztuže určený k zabetonování do zkušebních prvků. Nosná výztuž o průměru 14 mm je doplněna smykovou výztuží o průměru 8 mm.

K samovolnému vytvrzení dochází při teplotě nad 15°C (cca 1 týden, při dalších opatřeních i rychleji), poté se armokoš zabetonuje.

Okraj trámu porušený smykovou trhlinou.
Okraj trámu porušený smykovou trhlinou.
Spojování podélné výztuže
Nenapjatá výztuž >> Jednoduché prvky s výztuží >> Krátkodobé zkoušky >>

V současnosti testované způsoby spojování a nastavování výztuže se zaměřují na spojení dvou konců výztuže ve speciální kompozitní trubici s epoxidovým lepícím tmelem.

Monitorování výztuže v konstrukci
Nenapjatá výztuž >> Jednoduché prvky s výztuží >> Krátkodobé zkoušky >>
Cílem je monitorovat stav napjatosti výztuže: Monitorovací prvky je nutno zabudovat přimo do výztuže tak, aby tenzometry byly zcela funkční a přitom neovlivňovaly vlastnosti studovaného prvku, tj. požaduje se:

Byla vyvinuta technologie výroby výztuží se zabudovanými
odporovými tenzometry:

Tenzometry přilepené na FRP destičkách.
1) Tenzometr je nejdříve přilepen na destičku skládající se z vyztužujících vláken a epoxidové pryskyřice.

Destička s tenzometrem osově zasunutá do jádra FRP výztuže v ovíjecím bubnu těsně před ovinutím.
2) Umístění destičky s odporovým tenzometrem v materiálu výztuže těsně před ovinutím.

Vodiče vystupující z jádra FRP výztuže.
3) Kontakty odporového tenzometru s elektrickou izolací vystupující z výztuže.

Pro docílení monitoringu bez ovlivnění vlastností výztuže byla také odzkoušena aplikace optických vláken:

Různé typy optických vláken.
a) optické vlákno vybavené kromě primární ochrany i plastovým obalem, přiblížná tloušťka 1 mm
b) optické vlákno pouze s primární ochrannou vrstvou, tloušťka vlákna cca 0,1 mm
c) optické vlákno s povrchovou vrstvou zabarvenou do černa - z hlediska optické kontroly polohy v kompozitní výztuži nejvýhodnější

Optické vlákno je umístěno mezi ostatní skleněná vlákna kompozitní výztuže, takže je s nimi vzájemně mechanicky spojeno pomocí polymerní matrice a jsou na něj přenášeny vyvozené tahové síly. Protažení optického vlákna vyvolá útlum optického signálu, který je snímán pomocí speciálního zařízení.

Optické vlákno vyvedené z jádra kompozitu.
Vyvedení optického vlákna z jádra kompozitu.

Přechod optického vlákna z jádra kompozitní výztuže vně výztuž je opatřen speciální silikonovou trubičkou chránící optické vlákno před poškozením při průchodu výrobním zařízením a před přímým působením ovíjecího vlákna.

Dlouhodobé zkoušky (2006-12/2009)
Nenapjatá výztuž >> Jednoduché prvky s výztuží >>

Tato etapa je řešena průběžně – zejména v oblasti vyhodnocování experimentů. Postupně jsou sestavovány i matematické modely pro jednotlivé testované vzorky a prvky. Vzhledem k rannému stadiu rozpracování zatím nemá smysl uvádět zde výsledky.

Vývoj koncovky napínacího zařízení
Předpínaná výztuž >>

Je řešena problematika koncovek a napínacího zařízení.

Optimalizace návrhu průřezu
Při různém typu vyztužení a pro předem dané extrémy vnitřních sil [N, M] byly provedeny srovnávací výpočty návrhu výšky a vyztužení obdélníkového průřezu. Uvažovány byly výztuže: Číslo 38 označuje výpočetní snížení tahové pevnosti na 38%, které se uvažuje v oblasti ohybu výztuže.

Z dosažených výsledků vyplývá:

  1. Optimalizací výšky průřezu lze docílit výrazného snížení ceny průřezu.
  2. Důsledkem různých typů vyztužení je změna proporcí průřezu (výšky) pro optimální návrh.
  3. Oproti průřezu s betonářskou výztuží B490 cena průřezu stoupla o
    1. Nerez     : 191%
    2. CFRP     : 54%
    3. GFRP     : 50%
    4. CFRP 38: 129%
    5. GFRP 38: 126%
  4. Náklady při vyztužování uhlíkovou a skelnou výztuží jsou téměř rovnocenné.
  5. Průřez s FRP výztuží je ve srovnání s nerezovou výztuží v průměru o 48% levnější, při redukci tahové pevnosti v průměru o 22% levnější.
Zesilování zděných kleneb

Metoda dodatečně vkládané nepředpjaté výztuže umožňuje dodatečné zesílení zděné konstrukce bez nutnosti většího zásahu do klenby. Systém se aplikuje z lícní strany klenby do předem připravených drážek, soudržnost je zajištěna speciálními tmely a lepidly.

Cílem vyztužení je:

Pro vyztužování je možno využít:

Nově vyvíjená FRP výztuž má výhodné vlastnosti:

Byly zkoušeny série zděných kleneb s rozpětím 2600 mm pro různé

a) typy vyztužení: b) zatěžovací schémata:

Klenba zatížená symetricky v polovině rozpětí.
1) Symetricky v polovině rozpětí

Klenba zatížená nesymetricky ve čtvrtině rozpětí.
2) Nesymetricky ve čtvrtině rozpětí

Klenba zatížená symetricky v obou čtvrtinách rozpětí.
3) Symetricky v obou čtvrtinách rozpětí

c) vyztužovací materiály:

Podstatného nárůstu únosnosti vzhledem k typu vyztužení bylo dosaženo zejména pro zatěžovací schéma 1) a 2), a to více než osmi-násobného (namáhání interakcí normálových sil a ohybových momentů).

U zatěžovacího schématu 3) experimenty neprokázaly vliv zesílení dodatečně vkládanou výztuží na únosnost kleneb, protože klenba byla převážně tlačena.