Sto Scandinavia AB Betongrenovering. Förstärkning av bärande konstruktioner med StoFRP System

Transkript

1 Sto Scandinavia AB Betongrenovering Förstärkning av bärande konstruktioner med StoFRP System

2 Förstärkning av bärande konstruktioner Inledning Intelligent teknik för bärkraftiga lösningar Bärande konstruktioner av armerad betong har använts i årtionden. Över tid kan mycket hända, som i värsta fall gör en senare förstärkning nödvändig. Broar eller parkeringshus inget byggnadsverk håller för evigt. Inte sällan blir det efter en tid nödvändigt med förstärkningsåtgärder av bärande konstruktioner. Detta kan förorsakas av förändrat användningsområde eller att det ställs nya belastningskrav på konstruktionen. I efterhand kan också förbättringar behövas, då byggnaden genom högre påfrestningar utsätts för slitage utöver det planerade. Skador kan ha uppstått genom yttre inverkan, t ex storm, och måste avhjälpas för att garantera byggnadens säkerhet. Även nya lagar och normer kan kräva åtgärder. Oavsett orsak, är målet klart: Det handlar om att finna en effektiv lösning för att bevara byggnaden men även anpassa den till de förändrade kraven. 2

3 Unterbereich Hauptbereich * FRP = Fibre Reinforced Polymer [N/mm 2 ] fibertyp kolfiber 500 stål 1 2 C (kolfiber) A (aramidfiber) G (glasfiber) polyester i jämförelse med armeringsstål aramidfiber E-Modul [kn/mm 2 ] glasfiber draghållfasthet [Mpa] [ ] Moderna kompositmaterial löser klassiska tillvägagångssätt Under lång tid har traditionella metoder, t ex förstärkning genom ökat tvärsnitt med sprutbetong, avväxling med stålbalkar eller utanpåliggande armering i form av stålplåt. Dessa konventionella metoder ger dock upphov till vissa problem, såsom ökad vikt på byggnadsdelen samt att utrymmets volym begränsas eller så blev det dyrare och tidskrävande, förorsakat av långa driftstopp, buller och smuts. Kompositmaterial i form av kolfiber, glasfiber eller aramidfiber som appliceras som en utanpåliggande armering på konstruktionen har idag fått en allt bredare acceptans på marknaden. Dessa material kan främst kännetecknas genom låg vikt (densitet) samt möjlighet till att variera styvhet och draghållfasthet efter behov. Av de moderna materialen används huvudsakligen glasfiber som armeringsjärn i konstruktioner med hög korrosionsrisk eller där känsliga tekniska apparater används, vilka inte tål magnetiska fält som kan bildas då stålarmering används. Aramid däremot, är ett fibermaterial sammansatt av filament och harts. På grund av den mycket höga axiala draghållfastheten lämpar det sig speciellt som material med förspända lösningar. Beträffande varaktighet har aramid den fördelen att karbonatiserad betong ej korroderar och angrips av klorider. Visserligen är skador genom mekanisk inverkan under användning ej att utesluta. Kolfiber bevisar sedan länge dess egenskaper som ett lätt och stabilt byggmaterial inom många områden. Kolfiberns specifika fördelar är en minimal termisk utvidgning, låg materialutmattning och extrem korrosionsbeständighet. StoFRP* System utnyttjar dessa egenskaper optimalt och möjliggör både kvalitativa såsom ekonomiska lösningar vid senare förstärkning av byggnadselement. StoFRP System kan mer StoFRP System är mycket flexibla, enkla att applicera och lätta att transportera. Systemen höjer drag-, tryck- och böjdragshållfastheten för bärande element medan vikten förändras endast obetydligt. Förstärkningsåtgärderna är diskreta och kan göras optiskt osynliga. StoFRP System är lämpligt för efterförstärkning av konstruktioner av betong och armerad betong. Systemets fördelar Hög draghållfasthet och styvhet i förhållande till vikt Tunna förstärkningsskikt Låg materialutmattning och hög korrosionsbeständighet Lätt att hantera och transportera Snabb applicering och därmed korta och få driftstoppstillfällen Hög flexibilitet vid utförandet Problemfri visuell integration i byggnadsverket God ekonomi i hela systemet Möjlighet till förspänning 3

4 Förstärkning av bärande konstruktioner Användningsområde Ett brett användsningsområde StoFRP System täcker ett brett användningsområde. Systemen kan förslagsvis användas både för objekt inom anläggning såsom vid broförstärkning och inom husbyggnad där bjälklagsförstärkning är en möjlighet, håltagning en annan. Förstärkning av plintar och pelare är därmed enkelt och framför allt möjligt att genomföra. Vägg Platta Pelare Balk Ett system för varje användningsområde: Byggdel Pelare Belastning StoFRP systemlösning StoFRP Plate StoFRP Sheet StoFRP Bar Normal last StoFRP Grid Balk Böjning Skjuvning Platta Vägg Böjning Håltagning Böjning Håltagning 4

5 Unterbereich Hauptbereich Förklaringar Följande byggnadsdelar är lämpliga för kolfiberförstärkning: Pelare Pelare är ett fristående, vertikalt stöd vars funktion är att bära upp centriska eller excentriska laster. Stödets bärkraft beror på hållfastheten hos det valda materialet, tvärsnittsdimension och tvärsnittsform, längden resp höjden på stödet. Pelare av armerad betong är övervägande rektangulära eller runda. Balk Balkar kännetecknas som en långsträckt horisontellt placerad byggnadsdel som vanligen bär upp bjälklag, brobanor, takkonstruktioner, väggpartier över öppningar, etc. Balken har stor längd i förhållande till andra mått, och belastas huvudsakligen i en riktning vinkelrät mot längdriktningen varpå de böjs. Belastning i balkar sker främst genom böjande moment och tvärkraft men även vridande moment uppträder. Vägg En vägg definieras som en lodrät stående konstruktionsdel, vars horisontella sträckning i en riktning är mycket större än i den andra riktningen. Detta kan jämställas med en vertikalt ställd skiva. Platta/Skiva Definieras som horisontellt bärande eller avskiljande yta. Utöver att bära vertikal last skall den ofta också kunna överföra horisontala laster till stabiliserande konstruktioner. En platta kan vara antingen en- eller två-axligt inspänd. Enaxlig spänningsriktning innebär att lasten endast överförs i en riktning av bärlagret. Vid tvåaxlig spänningsriktning överförs lasten av bärlagret i två riktningar. Laster Med hänsyn till lasters variation i tiden skall laster betraktas som: permanenta variabla olyckslaster Laster skall dessutom betraktas som antingen statiska eller dynamiska beroende på hur snabbt de påförs. Beroende på vilken typ av last som uppträder kan lasten i vissa fall vara både permanent och variabel, exempelvis snölast. Permanenta laster Den permanenta lasten är summan av alla oföränderliga laster. Dessa utgörs i sig av alla de ingående konstruktionsdelarnas egentyngder, jordlaster och jordtryck. Den statiska belastningen är därför till stor del beroende av det använda byggmaterialet. Variabla laster Variabel last är den föränderliga eller rörliga belastningen på konstruktionen. Den kan bestå av laster i olika kombinationer, från personer, inredning, lagermaterial, fordon, maskiner och vind. Ökade variabla laster ger följande utfall: Böjmoment Inom teknisk mekanik avser böjning en mekanisk förändring av byggdelsgeometrin till följd av ett böjmoment, varigenom en krökning av huvudaxeln förorsakas. Denna böjning delas in i enaxlig och dubbelaxlig böjning. Tvärkraft Definieras som en kraft, vilken uppträder parallellt en fiktiv tvärsnittsyta, som ger upphov till skjuvspänningar. I många fall kan skjuvspänningar vara dimensionerande. 5

6 Förstärkning av bärande konstruktioner System StoFRP System: Det kompletta programmet Den snabba framgången med StoFRP förstärkningssystem är resultatet av en intensiv forskning och konsekvent vidareutveckling. Idag kan vi erbjuda ett komplett program för många olika syften och insatsområden. 1 Underlag 2 Epoxiharts 3 StoFRP Plate StoFRP Plate Systemet består av millimetertunna laminat, vilka används som en utanpåliggande armering och fästs mot konstruktionen genom limning. För att optimera förstärkningen, dels efter behov men även beroende på material, finns StoFRP Plate i tre olika E-modulvarianter; M, S och E. M kännetecknas av en hög E-modul, S för hög draghållfasthet och E för en ekonomisk E-modul. Användningsområde: Jämna eller avrundade element med stor diameter Underlag av betong, armerad betong, stål, trä och tegel Böjförstärkning Systemets fördelar: Snabb applicering genom prefabricerade remsor (laminat) Ett flertal olika tvärsnitt tillgängliga som standard Ett flertal olika E-moduler tillgängliga som standard Optimerad vidhäftning genom avdragbar skyddsplast på båda sidor av laminatet Korrosionsbeständig Beständig mot kemiska och atmosfäriska belastningar All fiber är orienterad i remsans längdriktning och hålls samman av en epoxihartsmatris. StoFRP Plate är upp till 150 mm bred och kan fås i valfri längd upp till 200 meter. Den kännetecknas genom hög draghållfasthet, har en låg egenvikt och mycket lätt och snabb att applicera. Skyddsplast på båda sidor av laminatet garanterar ett smutsfritt arbete och absolut rena klisterytor, vilket i sin tur optimerar vidhäftningen. Genom efterbehandling med övriga Sto-produkter, kan StoFRP Plate nästintill döljas helt. 6

7 Unterbereich Hauptbereich 1 1 Underlag 2 Grundning 3 Epoxiharts 4 StoFRP Sheet 5 Epoxiharts 6 Ev slutbeläggning StoFRP Sheet Sheets är en torr ensriktad väv av fibermaterial som hålls samman med ett tvärgående trådsystem. Denna produkt appliceras i likhet med vanlig tapetsering och bildar en fiberkomposit först då den appliceras tillsammans med harts mot konstruktionen. Användningsområde: Jämna eller runda byggelement Underlag av betong, armerad betong, stål, trä eller tegel Böjförstärkning Tvärkraftsförstärkning Systemets fördelar: Draperbar Olika tvärsnitt tillgängliga som standard Olika E-moduler tillgängliga som standard Enkelt och prisvärt i jämförelse med traditionella material Båda varianterna av StoFRP Sheet, S (hög draghållfasthet) och M (hög E-modul), passar utmärkt för extern förstärkning av skjuvkrafter. De kan även användas till förankring av StoFRP Plate. Tillsammans med StoFRP Plate kan även vridförstärkning vid massiva byggdelar genomföras. StoFRP Sheet kan döljas genom applicering av en slutbeläggning. 7

8 Förstärkning av bärande konstruktioner System 1 Underlag 2 Epoxiharts alt bruk 3 StoFRP Bar StoFRP Bar Förstärkningssystemet består av kvadratiska stavar med konstant tvärsnitt. All fiber är placerad i stavens längdriktningen. Egenskaper och applicering liknar StoFRP Plate, men armeringen bäddas in i konstruktionsunderlaget. Användningsområde: Jämna eller avrundade element med större diameter Underlag av betong, armerad betong, trä eller tegel Böjförstärkning Systemets fördelar: Prefabricerad stav ger enkel hantering Ett flertal E-moduler tillgängliga som standard Bättre kraftöverföring då tre sidor binds mot förstärkningsunderlaget Arbetas direkt in i betongen, vilket gör den knappt synlig Staven ligger skyddad mot yttre mekanisk åverkan Smala spår, ca mm djupa, fräses i underlaget. Dessa fylls sedan med epoxiharts eller bruk och därefter pressas kompositstaven ned i spåren. Infräst armering ger en bättre skjuvkraftsöverföring jämfört med på ytan klistrad armering. Därigenom kan kompositens höga draghållfasthet utnyttjas fullt ut. För att bättre kunna anpassa systemet till material och byggnadsdel, finns StoFRP Bar i två olika E-modulvarianter, E (ekonomisk) och M (hög E-modul). 1 1 Underlag 2 Grundning 3 Bruk 4 StoFRP Grid 5 Bruk 6 Ev slutbeläggning StoFRP Grid StoFRP Grid är ett system med kolfibernät som använder ett mineralbaserat bruk istället för epoxiharts för vidhäftning mot underlaget. Detta i sin tur leder till en mängd positiva egenskaper så som diffusionsöppenhet och högre tolerans mot låga temperaturer, vilket möjliggör arbeten i princip året runt. Användningsområde: Jämna eller runda element Underlag av betong eller armerad betong Utvändig armering Systemets fördelar: Prefabricerat nät ger enkel hantering Ett flertal maskstorlekar Diffusionsöppen Relativ luftfuktighet har inget inflytande på applicering Naturligt brandskydd genom intäckning av betong Kan appliceras vid låga temperaturer Kan appliceras på våta underlag Systemen lämpar sig särskilt för byggnadsdelar som utsätts för vatten, salt eller kemikalier, dessutom som armering av prefabricerade element. StoFRP Grid kan även användas som sprickarmering för balkar och väggar eller som armering för dekorativa betongbyggnadsdelar. 8

9 Unterbereich Hauptbereich Materialegenskaper Produkt E-modul Draghållfasthet Elasticitet StoFRP Plate E > 150 MPa > 1800 MPa 15,0 StoFRP Plate S > 163 MPa > 2800 MPa 16,0 StoFRP Plate M > 245 MPa > 2000 MPa 7,7 StoFRP Sheet S 300 (fiber) > 228 MPa > 4500 MPa 18,0 StoFRP Sheet M 300 (fiber) > 377 MPa > 4200 MPa 11,0 StoFRP Bar E > 150 MPa > 1800 MPa 15,0 StoFRP Bar M > 245 MPa > 2000 MPa 7,7 StoFRP Grid (fiber) 242 MPa 3800 MPa 17,0 9

10 Förstärkning av bärande konstruktioner Rådgivning Överlåt inget åt slumpen! Förstärkning av bärande konstruktioner ställer höga krav på alla faser i projektet. I analysfasen framkommer avgörande kriterier, vilka bestämmer valet av förstärkningssystem. Det praktiska målorienterade utförandet och hela processens följande kvalitetssäkringsåtgärder garanterar den varaktiga funktionen. Följande kvalitetssäkringsåtgärder hjälper till att garantera funktionen hos StoFRP System: Före förstärkningen Granskning av underlaget: Visuell kontroll av betongunderlaget (jämnt, dammfritt) Fastställande av underlagstemperatur Fastställande av daggpunkt Kontroll av betongens draghållfasthet >1,5 N/m 2 Granskning av komposit: Typ E-modul Draghållfasthet Töjning Granskning av harts: Kontroll av bäst föredatum Protokollföra chargenummer Draghållfasthet Kontroll av tryck- och böjdragshållfasthet Omgivningsförhållanden: Protokollföra lufttemperatur Protokollföra luftfuktighet Efter förstärkningen Granskning av applicering: Visuell kontroll av arbetet Förankringslängd Draghållfasthet Kvalitetssäkring genom bomknackning Kvalitetssäkring genom IR-termografi Brandskydd Temperaturbelastning ställer av princip speciella krav på byggmaterialet. Detta gäller även för förstärkningssystemen. I vissa fall krävs tekniska åtgärder pga brandskyddsbestämmelser. I dessa fall krävs samråd med brandskyddsmyndigheten. I de fall då det gjorts förändringar i det statiska systemet, t ex genom en håltagning, är brandskydd en nödvändighet. Annars räcker oftast residualkapaciteten i konstruktionen för att brandskyddskravet ska uppfyllas. 10

11 Unterbereich Hauptbereich Service från Sto Sto erbjuder inte bara produkter, utan fokuserar även på service till kunden. Genom målinriktad teknisk rådgivning, lösningsorienterad rådgivning för objektet och praktiska utbildningar, hjälper vi er att hitta rätt system från början. Därutöver erbjuder vi gärna ytterligare hjälpmedel, såsom kvalitets- och objektspärmar. Vi tänker även på framtiden genom ett intensivt forsknings- och utvecklingsarbete. Ytterligare information I samarbete med Luleå Tekniska Universitet har Sto Scandinavia utvecklat enkla beräkningsmodeller för det praktiska användandet, vilka kan beställas på cd. Vi rekommenderar även följande publikationer av professor Björn Täljsten, Luleå Tekniska Universitet:»Förstärkning av existerande betongkonstruktioner med kolfiberlaminat dimensionering, material och applicering«, ISSN: »FRP Strengthening of Existing Concrete Structures, Design Guidelines«, ISBN: Båda publikationerna kan beställas genom sekretariatet för konstruktionsteknik, tel vx

12 Sto Scandinavia AB Gesällgatan 6 SE LINKÖPING Telefon Telefax kundkontakt@stoeu.com Sto Scandinavia AB, maj 2006