Un cedimento dovuto alla classica deformazione globale della colonna con spine su entrambe le estremità viene sperimentato dal provino di controllo non rinforzato, (un). Rispetto alla forma dei campioni di controllo, la forma deformata di tutti i campioni rinforzati con CFRP è molto diversa, e consente un effettivo aumento del carico massimo di compressione. Credito:Toyohashi University of Technology.
Ricercatori del Laboratorio di Ingegneria Strutturale, Dipartimento di Architettura e Ingegneria Civile, La Toyohashi University of Technology ha sviluppato un nuovo concetto per il rafforzamento dell'acciaio nelle strutture edilizie critiche utilizzando laminati in plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP) senza legami per migliorare le prestazioni di instabilità degli elementi strutturali in acciaio. Questo metodo non richiede il trattamento superficiale dell'acciaio prima dell'applicazione CFRP perché il CFRP non è legato alla superficie, che contribuisce alla resistenza strutturale attraverso la sua rigidità flessionale. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Materiali da costruzione e da costruzione all'inizio del 2020.
Dopo il successo ottenuto nel campo dell'armatura del calcestruzzo nel campo dell'ingegneria civile, Il CFRP è stato ora sviluppato come mezzo per rafforzare gli elementi in acciaio invece delle tradizionali piastre in acciaio. Il CFRP è preferito perché offre diversi vantaggi come il peso leggero, elevato rapporto resistenza-peso, e ottime resistenze alla fatica e alla corrosione. Ad oggi, però, la ricerca e lo sviluppo sul rinforzo dell'acciaio mediante CFRP si sono concentrati principalmente sulle tecniche di incollaggio che prevedono l'adesione del CFRP alle superfici in acciaio mediante un adesivo. Il rinforzo legato presenta svantaggi in quanto sono necessari trattamenti superficiali complessi e dispendiosi in termini di tempo prima dell'installazione del CFRP. Inoltre, le prestazioni di forza di adesione tra acciaio e CFRP, che è l'aspetto chiave di questa tecnica di rafforzamento, può anche diminuire significativamente a causa dell'esposizione ambientale per tutta la vita utile. Sostituire questo approccio con un'altra nuova tecnica di CFRP incollato non è una soluzione particolarmente appropriata perché è improbabile che sia conveniente.
Il team di ricerca ha sviluppato il suo metodo per rafforzare l'acciaio utilizzando CFRP, per cui non lo hanno legato alla superficie d'acciaio. Questo metodo ha dimostrato di ritardare l'instabilità e aumentare la capacità di compressione delle barre di acciaio, dove il guadagno di capacità è influenzato dal numero di strati di fibra di carbonio utilizzati.
"In alternativa al metodo di rinforzo dell'acciaio utilizzando CFRP che è legato alla superficie dell'acciaio, abbiamo sviluppato questo metodo CFRP non legato, " ha spiegato l'autore principale, Fengky Satria Yoresta. "I principali vantaggi di questo metodo sono che è più facile e richiede meno tempo da implementare, soprattutto quando viene applicato agli elementi esistenti di strutture edilizie. Non sono necessari più fastidiosi trattamenti superficiali dell'acciaio, come la sabbiatura, sabbiatura, o molatura a mano, e questo porta a notevoli risparmi sui costi, " Egli ha detto.
Professore Associato Yukihiro Matsumoto, il capo del gruppo di ricerca, aggiunto, "Quasi tutti gli studi precedenti utilizzavano giunti incollati per rinforzare elementi in acciaio con CFRP. Questo metodo è piuttosto complesso perché sono necessari trattamenti superficiali appropriati prima dell'applicazione del CFRP per ottenere un legame accettabile tra il CFRP e la superficie in acciaio. La superficie anche le condizioni di trattamento influiscono sulla forza di adesione."
"Inoltre, non possiamo stimare perfettamente gli effetti dell'esposizione ambientale durante la vita di servizio sulle prestazioni di incollaggio tra CFRP e acciaio. Come tale, abbiamo cercato di migliorare i metodi convenzionali sviluppando il nostro metodo di rafforzamento senza legami."
"Il metodo di rinforzo non legato è utile, facile da applicare, e gestibile, " ha detto. "Tuttavia, il nostro metodo non trasferisce lo stress in modo fluido, quindi era necessario stabilire un modello meccanico appropriato. Di conseguenza, abbiamo eseguito simulazioni meccaniche ed esperimenti per dimostrarlo, " Ha aggiunto.
I risultati del loro lavoro fanno credere ai membri del team di ricerca che il metodo CFRP senza legami possa essere applicato non solo nell'ingegneria civile, ma anche ad altri campi come quello aerospaziale, settore automobilistico, e industrie marittime. Questo promettente nuovo metodo dovrebbe essere adottato per produrre rapidamente innovativi, prodotti di alta qualità.
