Onderzoekers van het Structural Engineering Laboratory, Vakgroep Architectuur en Civiele Techniek, Toyohashi University of Technology heeft een nieuw concept ontwikkeld voor het versterken van staal in kritieke bouwconstructies met behulp van bindingsvrije, koolstofvezelversterkte kunststof (CFRP) laminaten om de knikprestaties van structurele staalelementen te verbeteren. Deze methode vereist geen staaloppervlaktebehandeling voorafgaand aan CFRP-toepassing omdat de CFRP niet op het oppervlak wordt gehecht, die door zijn buigstijfheid bijdraagt ​​aan de structurele sterkte. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Constructie en bouwmaterialen begin 2020.

Na zijn succes met betrekking tot wapening van beton in de civiele techniek, CFRP is nu ontwikkeld als middel voor het versterken van stalen onderdelen in plaats van het gebruik van conventionele staalplaten. CFRP heeft de voorkeur omdat het verschillende voordelen biedt, zoals een laag gewicht, hoge sterkte-gewichtsverhouding, en uitstekende weerstand tegen vermoeiing en corrosie. Daten, echter, onderzoek en ontwikkeling naar het versterken van staal met CFRP heeft zich voornamelijk gericht op hechttechnieken waarbij CFRP met een lijm op stalen oppervlakken wordt bevestigd. Verlijmde versteviging heeft nadelen, aangezien complexe en tijdrovende oppervlaktebehandelingen nodig zijn voorafgaand aan de installatie van CFRP. Bovendien, de prestatie van de hechtsterkte tussen staal en CFRP, wat het belangrijkste aspect is van deze versterkingstechniek, kan ook aanzienlijk afnemen als gevolg van blootstelling aan het milieu gedurende de hele levensduur. Het vervangen van deze aanpak door een andere nieuwe techniek van gebonden CFRP is niet echt een geschikte oplossing, omdat het onwaarschijnlijk is dat dit kosteneffectief is.

Het onderzoeksteam ontwikkelde zijn methode voor het versterken van staal met behulp van CFRP, waarvoor ze het niet aan het stalen oppervlak hebben gehecht. Het is aangetoond dat deze methode het knikken vertraagt ​​en de compressiecapaciteit van stalen staven verhoogt, waarbij de capaciteitswinst wordt beïnvloed door het aantal gebruikte koolstofvezellagen.

"Als alternatief voor de staalversterkingsmethode met CFRP die aan het staaloppervlak wordt gehecht, we hebben deze niet-gebonden CFRP-methode ontwikkeld, " legde de hoofdauteur uit, Fengky Satria Yoresta. "De grote voordelen van deze methode zijn dat het eenvoudiger en minder tijdrovend is om te implementeren, vooral wanneer het wordt toegepast op de bestaande elementen van bouwconstructies. Geen lastige staaloppervlakbehandelingen meer nodig, zoals zandstralen, gritstralen, of met de hand slijpen, en dit leidt tot aanzienlijke kostenbesparingen, " hij zei.

Universitair hoofddocent Yukihiro Matsumoto, de leider van het onderzoeksteam, toegevoegd, "Bijna alle eerdere studies gebruikten lijmverbindingen om stalen onderdelen te versterken met CFRP. Deze methode is vrij complex omdat geschikte staaloppervlaktebehandelingen vereist zijn voordat de CFRP wordt aangebracht om een ​​aanvaardbare hechting tussen de CFRP en het stalen oppervlak te verkrijgen. Het oppervlak behandelingsomstandigheden hebben ook invloed op de hechtsterkte."

"Bovendien, we kunnen de effecten van milieublootstelling tijdens de levensduur op de hechting tussen de CFRP en het staal niet perfect inschatten. Als zodanig, we probeerden conventionele methoden te verbeteren door onze eigen bond-free versterkingsmethode te ontwikkelen."

"De ongebonden versterkingsmethode is nuttig, gemakkelijk aan te brengen, en beheersbaar, "zei hij. "Echter, onze methode brengt stress niet soepel over, er moest dus een geschikt mechanisch model worden vastgesteld. Bijgevolg, we hebben mechanische simulaties en experimenten uitgevoerd om dit aan te tonen, " hij voegde toe.

De bevindingen van hun werk doen de leden van het onderzoeksteam geloven dat de bindingsvrije CFRP-methode niet alleen kan worden toegepast in de civiele techniek, maar ook naar andere gebieden zoals die in de lucht- en ruimtevaart, auto, en maritieme industrieën. Deze veelbelovende nieuwe methode zal naar verwachting worden toegepast om snel innovatieve, kwalitatief hoogwaardige producten.