Dani ovlaštenih inženjera građevinarstva – Opatija 2012. HKIG Ime i prezime predavača 1 Pojačanje opečnih zidanih zidova i stupova FRP trakama Doc.dr.sc. Josip Galić, dipl.ing.građ., Arhitektonski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Doc.dr.sc. Tomislav Kišiček, dipl.ing.građ., Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Branko Galić, dipl.ing.građ., Radionica statike d.o.o., Zagreb HRVATSKA KOMORA INŽENJERA GRAĐEVINARSTVA Dani ovlaštenih inženjera građevinarstva Opatija, 2012. Josip Galić, Tomislav Kišiček i Branko Galić
47
Embed
čanje opečnih zidanih zidova i stupova FRP ... - statika.hr HKIG Opatija 2012 - Pojačanje... · za proračun pojačanja postojećih konstrukcija FRP‐om u Italiji. • Na izradi
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Pojačanje opečnih zidanih zidova i stupova FRP trakama
Doc.dr.sc. Josip Galić, dipl.ing.građ., Arhitektonski fakultet Sveučilišta u Zagrebu,Doc.dr.sc. Tomislav Kišiček, dipl.ing.građ., Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Branko Galić, dipl.ing.građ., Radionica statike d.o.o., Zagreb
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA GRAĐEVINARSTVADani ovlaštenih inženjera građevinarstva Opatija, 2012.
• Zidane zgrade čine značajan dio stambenih građevina u Hrvatskoj iu svijetu → u Sloveniji je 30% stambenih zgrada od nearmiranihzidanih konstrukcija izrađenih u periodu od 1920‐1965 g.
• Razlozi za rekonstrukcijama i pojačanjima zidanih zgrada su:‐ Akumulacija negativnih utjecaja tijekom vijeka građevine uslijed:
‐ neadekvatnih konstrukcijskih rješenja‐ slijeganja temelja‐ velika opterećenja (uporabno, vjetar i dr.)
‐ Nedovoljna seizmička otpornost postojećih zidanih zgrada.‐ Prenamjena funkcija starih zgrada (stambene zone u gradovimase pretvaraju u trgovačke i poslovne centre).
• U mnogim slučajevima bi bilo ekonomski isplativije srušitipostojeću zidanu građevinu i zamjeniti je novom, ali urbanističkiplanovi, kulturna baština i razni povijesni razlozi to ne dopuštaju.
• U SAD‐u se na rekonstrukcije postojećih građevina troši više od25% sredstava ua nove građevine.
• Procjenjeno je da u Kaliforniji 96% postojećih zidanih zgrada odnearmiranog ziđa treba sanirati i pojačati za što je potrebno preko4 milijarde dolara samo na nužna pojačanja.
• Danas u Hrvatskoj imamo situaciju da u svakoj rekonstrukciji iadaptaciji starih zidanih zgrada trebamo pojačavati zidaneelemente→ zidane zidove i zidane stupove.
• Danas u praksi postoji čitav niz sanacija i pojačanja ziđa kao npr.:1. POPRAVAK PUKOTINA2. ZAMJENA MORTA3. INJEKTIRANJE ZIDOVA (posebno šupljih)4. POJAČAVANJE UGLOVA ZGRADE5. POVEZIVANJE ZIDOVA I POVEĆANJE NOSIVOSTI PREDNAPINJANJEM
S ČELIČNIM ŠIPKAMA6. POJAČANJE KONSTRUKCIJA USJECANJEM VERTIKALNIH SERKLAŽA ILI
IZVEDBOM OBODNIH ČELIČNIH ILI ARMIRANOBETONSKIH OKVIRA7. POJAČANJE ZIDOVA I STUPOVA ARMIRANOBETONSKOM ŽBUKOM
• Najčešće primjenjivani način pojačanja u pogledu povećanjaseizmičke otpornosti i otpornosti na vertikalno opterećenje jepojačanje izvedbom AB obloge ili armirane žbuke.
• AB obloga ili armirana žbuka daju povećanje nosivosti ali njihovaprimjena ima dosta nedostataka ako što su:‐ Povećanje težine konstrukcije (često je nužno pojačanje temelja),‐ Povećanje seizmičkih sila zbog težine betonske obloge,‐ Promjene ponašanja konstrukcije pri seizmičkom opterećenju (zidovi
pojačani AB oblogom su znatno krući od nepojačanih pa je preraspodjeluseizmičke sile teško odrediti),
‐ Dodatna debljina pojačanog zida smanjuje korisni prostor,‐ Brzina izvedbe (potreban dulji period za izvedbu),
‐ Buka koja je prisutna kod izvedbe,‐ Nužnost prekida funkcionalnosti zgrade i iseljavanje stanara zavrijeme izvođenja radova (često problem i susjednih ulaza u zgrade)
• Uz sve nedostatke bilo je primjera da prikazana pojačanja nisudala očekivanu kvalitetu i povećanje nosivosti.
• To su razlozi za istraživanje i primjenu novih sistema pojačanjanearmiranog ziđa, koji neće narušavati strukturu nosivosti zgrade,biti će ekonomski prihvatljiv, jednostavan za izvedbu i koji nećenarušavati estetske zahtijeve zgrade.
• Najveći broj istraživanja zadnjih 10‐tak godina vezano je za analizuučinkovitosti i primjene proizvoda od polimera armiranogvlaknima ‐ FRP (Fiber Reinforced Polymer) kod pojačavanjanosivosti zidanih zidova i zidanih stupova.
• FRP se proizvodi iz staklenih (G), aramidnih (A) i ugljičnih (C) vlakana visoke čvrstoće povezanih epoksidnom smolom, poliesterom ili vinilesterom (tip vlakana → GFRP, AFRP i CFRP).
• Dvije su osnovne komponente FRP proizvoda: polimerna matrica i armaturna vlakna.
• Matrice se izrađuju iz različitih polimernih smola, čiji izbor ovisi iod izbora vlakana.
• Polimerna matrica povezuje vlakna u kompozit i osigurava odgovarajući položaj i smjer vlakana, osigurava zaštitu vlakana od vanjskih utjecaja.
• Čvrstoću i deformabilnost kompozita određuje volumni udio vlakana i polimerne matrice, te kvaliteta veze matrice sa vlaknima.
• Kod polimernih kompozita treba razlikovati dvije vrste proizvoda: 1) Predgotovljeni FRP elementi u obliku šipki,kabela i lamela.2) Suha jednosmjerno ili dvosmjerno orijentirana vlakna međusobno
ispletena.
Polimeri armirani vlaknima - FRP
• Prva primjena u građevinarstvu je pojačanje AB elemenata s lamelama i tkaninom → najčešće je radilo o ugljičnim lamelama
• Puna primjena kod pojačanja AB konstrukcija nije postignuta zbog slijedećih razloga:
1. Linearno elastično ponašanje FRP‐a → duktilnost presjeka manja u odnosu na armiranje čelikom (potrebno ovijanje).
2. Za ispunjavanje GSU nužna je primjena FRP‐a s većim modulom elastičnosti → CFRP (skuplji od GFRP‐a).
3. Toplinski koeficijent rastezanja FRP‐a je manji nego betona i čelika →nije osigurana kompatibilnost pri promjeni temperat.
4. Slaba otpornost na požarna djelovanja (nužna žbuka).
• Kod zidanih konstrukcija nedostaci FRP‐a nisu presudni:‐ Ispitivanjima je pokazano da je slom uglavnom preko ziđa.‐ Modul elastičnosti ne mora biti velik pa se mogu koristiti i jeftiniji
proizvodi → GFRP.‐ Ima prirodnu zaštitu žbukom.‐ Uglavnom je opterećen samo u izvanrednim situacijama
• Očekuje se da će FRP proizvodi najveću primjenu u građevinarstvu imati u pojačanju zidanih konstrukcija.
• Kao najbolje rješenje je primjena tkanina od staklenih vlakana:‐ Tkanina od staklenih vlakana je bitno jeftiniji proizvod u odnosu na druge FRP proizvode;
‐ Izvedba je dosta jednostavna i brza jer se radi o površinskom ljepljenju izrazito lagane tkanine;
‐ Nisu potrebne specijalizirani izvođači – može izvesti svaki izvođač;‐ Ne zauzima prostor. Korisna površina građevine se ne mijenja;‐ Ne dolazi do povećanja težine građevine – s temeljima nema problema;
‐ Primjena rezultira povećanjem nosivosti i duktilnosti zidova.
• Uz pojačanje opečnih svodova i lukova te zamjenom čeličnih zatega s FRP lamelama i užadima najbolju primjenu trake i tkanine od staklenih vlakana imaju kod pojačanja međuprozorkih zidova starih zgrada i zidanih stupova.
• To su elementi koje redovito treba pojačati. • Posebno je važno povećanje seizmičke otpornosti zidova.• Takvih zidova i stupova koje je potrebno pojačati ima jako puno u
praksi pa je cijena sanacije bitna.
• Problem pojačanja dolazi do izražaja jer ta pojačanja moraju biti učinkovita, ali i što jeftinija – uglavnom su privatni investitori
• O učinkovitosti pojačanja s trakama iz staklenih vlakana u svjetu i u Hrvatskoj su napravljena brojna isptivanja.
• National Research Council (CNR) of Italy je 2004 g. izdao smjernice za proračun pojačanja postojećih konstrukcija FRP‐om u Italiji.
• Na izradi tog dokumenta su sudjelovali gotovo svi profesori i istraživači uključeni u istraživanje FRP‐a kao i tvrtke koje se bave proizvodnjom i razvojem FRP proizvoda.
• U Dokumentu su dani standardi i zahtjevi za proizvodnju, proračun i primjenu (izvedbu) FRP pojačanja betonskih i zidanih konstrukcija.
• S obzirom na sličan zemljopisni položaj (kameni i opečni zidni elementi) i materijale za pojačanje koje koristimo preporuka je isti koristiti u primjeni pojačanja u Hrvatskoj.
• Često zbog povećanog opterećenja ili uklanjanja dijelova konstrukcije postojeći zidani stupovi u rekonstrukciji imaju povećano vertikalno opterećenje koje prekoračuje nosivost.
• Najčešće i najjednostavnije je bilo obući zidani zid u AB stup.
Učinkovitost pojačanja zidanih stupova
• Puno jednostavnije rješenje je ovijanje tkaninom (trakama) iz staklenih vlakana.
Učinkovitost pojačanja zidanih zidovaPostavljanje horizontalnih traka koje preuzimaju poprečnu silu
(sprečavaju slom nakon nastanka dijagonalnih pukotina)
• Bilo je primjera postavljanja tkanine preko cijelog zida. Pokazalo se učinkovit u pogledu povećanja nosivosti i duktilnosti ali je zbog velikog utroška materijala neracionalno.
• Ponašanje zida je slično armiranom ziđu što omogućuje sličan proračun.
• Faktora ponašanja se povećava q = 1,5 → 2,5 što rezul ra smanjenjem seizmičke sile na 60% seizmičke sile za nepojačani zid.
• Uz minimalnu postotak pojačanja postiže se povećanje nosivosti 40 ‐ 50%.
• Postiže se efektivno proračunsko povećanje nosivosti od 2,5 puta.• Moguće je pojedinačno povećanje nosivosti zidova koji ne prolaze kao nepojačani budući da pojačanjem zida se ne mijenja krutost zida i ne dolazi do preraspodjele seizmičke sile na postojeće zidove.
• Uz povećanje nosivosti na posmične sile i savijanje u ravnini bitno se povećava nosivost na savijanje okomito na ravninu.
Doc.dr.sc. Josip Galić, dipl.ing.građ.Doc.dr.sc. Tomislav Kišiček, dipl.ing.građ.Branko Galić, dipl.ing.građ.