Teräsbetonipalkkien taivutusvahvistaminen hiilikuitutangoilla - Hyttinen, Toni; Heiskanen, Atte (Savonia-ammattikorkeakoulu, 2013)
Insinöörityön aiheena oli tutkia teräsbetonipalkkien taivutusvahvistamista hiilikuitutangoilla. Työn tavoitteena oli saada aiheesta Suomessa tehtyjen kokeiden tutkimustuloksia sekä suomenkielistä oppimateriaalia. Työssä keskityttiin erityisesti liimattavilla hiilikuitutangoilla tehtävään vahvistamiseen ja tutkittiin myös miten vahvistamismenetelmä soveltuu esim. korjauskohteisiin. Palkkien suunnittelu ja valmistus tehtiin osana tätä opinnäytetyötä syksyn 2011 sekä kevään 2012 aikana Savonia-ammattikorkeakoulun laboratoriotiloissa. Kokeiden tuloksia raportoitiin ja analysoitiin kevään 2013 aikana. Työssä valmistettiin kaksi samalla tavalla raudoitettua palkkia, jotka kuormitettiin murtoon saakka. Yksi palkeista oli vahvistamaton ja toinen palkki oli taivutusvahvistettu yhdellä hiilikuitutangolla palkin vetopuolelta. Vahvistamaton palkki korjattiin sekä vahvistettiin kuormituskokeessa aikaansaadun murtumisen jälkeen kahdella hiilikuitutangolla palkin vetopuolelta, jotta voitaisiin tutkia hiilikuitutangon soveltuvuutta korjausrakentamisessa. Vahvistetun palkin tapauksessa tutkittiin pelkästään kapasiteetin lisäystä suhteessa vahvistamattomaan palkkiin. Palkkien kestävyyksiä laskettiin myös käsin Euronormi 2:n mukaan. Palkit mallinnettiin ja laskettiin lisäksi tietokoneavusteisesti MCFT (Modified Compression Field Theory) -menetelmään perustuvalla Response 2000 –ohjelmalla sekä epälineaariseen FEM -laskentaan perustuvalla Abaqus -ohjelmalla. Kokeiden, käsin tehtyjen laskujen ja tietokoneohjelmien tuloksia vertailtiin keskenään. Tuloksina saatiin, että palkin vahvistaminen yhdellä hiilikuitutangolla lisää taivutuskapasiteettia tässä tapauksessa kaksinkertaisesti sekä pienentää taipumaa noin puoleen. Teoria, joka pohjautuu Luulajan teknillisessä yliopistossa tehtyihin tutkimuksiin, vastasi koetulosten ja laskelmien välillä noin 10 %:n tarkkuudella. Lisäksi todettiin, että itse vahvistamistyö ei ole kovin vaikea toteuttaa ja se voidaan tehdä kohtuullisilla resursseilla. The purpose of this thesis was to study how to use bars of carbon fibre reinforced polymers for flexural strengthening of concrete beams. The aim of this work was to get research results based on test performed in Finland and to produce study material in the Finnish language. The study concentrates especially on NSM (Near Surface Mounted) strengthening and repair of concrete beams where carbon fibre bars are mounted in grooves filled with epoxy on the bottom side of the beam. Concrete beams were designed and produced as a part of this thesis during autumn 2011 and spring 2012 in the laboratory of Savonia University of Applied Sciences. The results of tests were analyzed in spring 2013. Two similarly reinforced concrete beams were produced and then loaded to failure. One of these beams was not strengthened; the other beam was strengthened with one carbon fibre bar as NSM. To find out the usability of the carbon fibre bar’s in repair of concrete beams the first beam was after loading to failure first repaired and then strengthened with two carbon fibre bars as NSM. The increase of flexural capacity was studied in the strengthened beam. The capacity of concrete beams was calculated manually based on Eurocode 2. The concrete beams were also modeled and calculated with MCFT (Modified Compression Field Theory) based Response software and non-linear FEM (Finite Element Method) based Abaqus software. The results of the tests were compared to the hand and computer calculations. As a conclusion, the carbon fibre strengthening with one bar was found to double the flexural capacity and reduce displacement of the tested concrete beams by half. The theory based on research performed in Luleå University of Technology in Sweden gave close results to the test results in this thesis. Furthermore, it was also discovered that the strengthening itself was not so hard to carry out and can be made with reasonable resources.