Szálerősítésű polimer (FRP) betétekkel vasalt betonelemek erőtani viselkedése / Structural behaviour of concrete members with embedded fibre reinforced polymer (FRP) bars

Elsődleges fülek

Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.
Nyilvántartási szám: 
21/13
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
kovacs.tamas@emk.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
A hagyományos vasbeton szerkezetekben a beágyazott acélbetétek elektrolitikus korrózióval szembeni védelmét a körülvevő alkálikus betonközeg kémiailag biztosítja. Hosszú élettartam vagy agresszív környezet esetén azonban e közeg a beton porozitása nem biztosított az elvárt élettartamon keresztül. Ilyen esetekben indokolt az acél helyett nemfém anyagú betétek betonvasalásként való alkalmazása.
Jelenleg e célra gyantába ágyazott, természetes vagy mesterséges alapanyagú, pultrúzióval gyártott, szálerősítésű polimer (fibre reinforced polymer, FRP) betéteket használnak. A kiemelkedő korrózióállóság mellett azonban az FRP betétek tartószerkezeti alkalmazhatóságát alapvetően meghatározzák a betétek alapanyagtól és összetételtől függő, acélhoz képest akár jelentősen eltérő mechanikai, reológiai, fáradási és egyéb tulajdonságai. Ez a „vasbetonszerű” viselkedés olyan alapvető kérdéseit is érinti, mint például a beton és a beágyazott betét közötti tapadás, az irányváltozó betét és beton, illetve a betétek egymás közötti erőátadási jelensége. FRP betétek alkalmazásakor a vasbeton szerkezeti analízis széleskörűen elfogadott, szabványosított számítási és viselkedési modelljei felülvizsgálatra szorulnak, különös tekintettel az FRP betét korlátozott duktilitására, eltérő tapadási tulajdonságaira és a szerkezeti elem ezekből adódó alakváltozási és repedezettségi állapotainak a leírására. Fontos szempont az eltérő mechanikai viselkedés megbízhatósági következményeinek elemzése is.
A téma szakirodalma elsősorban az FRP, ezen belül is elsősorban az üveg- szén és aramidszálas betétek tulajdonságira, különös tekintettel e tulajdonságok alapanyagtól és összetételtől való függésének a leírására és a tapadási jellemzőkre irányul. Meglévő eredmények találhatók az FRP mechanikai tulajdonságok emelt hőmérsékleten történő megváltozásával kapcsolatban és az FRP betétek tartóssági jellemzői (vízfelvétel, alkáliállóság) kapcsán, de hiányoznak a savas közeggel, valamint a heterogén cementek különböző összetevőivel szembeni ellenállásra vonatkozó kutatások. Nincsenek megalapozott eredmények az FRP betétek tartós terheléssel szembeni szilárdságával és merevségével, valamint az FRP betétek fáradási tulajdonságaival kapcsolatban. Újszerű kutatási területet jelentenek a bazaltszálas FRP betétek fenti tulajdonságai. Az irányfüggő tulajdonságok miatt kiemelt probléma a betétek vizsgálhatósága és a vizsgálati módszerek standardizálhatósága. Az FRP betétekkel vasalt betonszerkezetek viselkedésével elenyésző számú irodalom foglalkozik. Ezek jelentős része kísérleti (pilot) projektek megvalósítási tapasztalatait ismerteti. A meglévő publikációk alapvetően statikailag határozott kísérleti elemek rövid idejű terhelés okozta rugalmas viselkedésére fókuszálnak. A rideg viselkedésű FRP miatti csökkent szerkezeti redundancia mértéke és ennek megbízhatósági következményei nem tisztázottak. Hiányoznak a vasbetonszerkezetekre kidolgozott nyírási és átszúródási modellek alkalmasságát alátámasztó kutatások FRP alkalmazása esetén, valamint a hibrid (acélbetét és FRP kombinációjával kialakított) vasalású szerkezetekre vonatkozó kutatási eredmények. A témában eltérő korú japán, amerikai, kanadai és orosz tervezési előírások készültek, jelentősen eltérő mélységű kidolgozottsággal.
A doktori kutatás alapvető célja a hagyományos vasbeton szerkezetek erőtani viselkedését leíró számítási és egyéb viselkedési modellek felülvizsgálata és szükség esetén azok módosítása FRP (vagy hibrid) vasalású szerkezetek esetén, a megbízhatósági szempontokra is kiterjedően. Laborkísérletekkel és numerikus analízissel alátámasztott számítási modellek kidolgozása axiális és nyírási igénybevétellel terhelt rúdszerkezetek teherbírási, valamint repedezettségi és alakváltozási vizsgálataihoz, valamint az FRP és beton kötötti erőátadás leírására, lehetőség szerint a vasbeton szerkezetekre vonatkozó modellekből kiindulva. 
A kutatás keretében átfogó szakirodalmi áttekintést és elemzést kell adni a piacon elérhető FRP betétek jellemzőiről, az azokat meghatározó technológiai körülményekről és az erőtani alkalmazhatóság feltételeiről. A kutatást a következő stratégia mentén javasolt végrehajtani: (i) FRP betétek anyagtulajdonságainak áttekintő összefoglalása; FRP betétekkel vasalt betonszerkezetek meglévő számítási modelljeinek feldolgozása és elemzése, (ii) numerikus modellekkel alátámasztott kísérleti program kidolgozása és végrehajtása a jellemző tönkremeneteli módok, a repedezettség és az alakváltozás vizsgálatához, (iii) a meglévő számítási modellek pontosítása vagy új számítási modellek kidolgozása FRP vasalású betonszerkezetekre.

 

A téma meghatározó irodalma: 
    1. Pilakoutas, K.; Neocleous, K.; Guadagnini, M. (2002) Design philosophy issues of fibre reinforced polymer reinforced concrete structures, Journal of Composites for Construction, 6(3):353-364
    2. Aly, R.; Benmokrane, B.; Ebead, U. (2006) Tensile lap splicing of fiber-reinforced polymer reinforcing bars in concrete, ACI Structural Journal, 103(6):857-864
    3. fib (Int. Federation for Structural Concrete) Bulletin 40 (2007) FRP reinforcement in concrete
    4. Chen, Y.; Davalos, J.F.; Ray, I.; Hyeong-Yeol, K. (2007) Accelerated aging tests for evaluations of durability performance of FRP reinforcing bars for concrete structures, Composite Structures, 78(1):101-111
    5. Ibell, T.; Darby, A.; Denton, S. (2009) Research issues related to the appropriate use of FRP in concrete structures, Construction and Building Materials, 23(4):1521-1528
    6. Hollaway, L.C. (2010) A review of the present and future utilisation of FRP composites in the civil infrastructure with reference to their important in-service properties, Construction and Building Materials, 24(12)SI: ‏2419-2445
    7. Nanni, A.; De Luca, A.; Zadeh, H.J. (2014) Reinforced concrete with FRP bars. Mechanics and design, CRC Press, Taylor & Francis Group
    8. Khanfour, M-A.; El Refai, A. (2017) Effect of freeze-thaw cycles on concrete reinforced with basalt-fiber reinforced polymers (BFRP) bars, Construction and Building Materials, 145:135-146
 
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
    1. Vasbetonépítés, Concrete Structures
    2. Építés – Építészettudomány 
    3. Periodica Polytechnica – Civil Engineering (WoS)
    4. Structural Concrete (WoS)
    5. Materials and Structures (WoS)
    6. Engineering Structures (WoS)
    7. Materials and Structures (WoS)
    8. Journal of Structural Engineering (WoS)
    9. Construction and Building Materials (WoS)
    10. Structure and Infrastructure Engineering (WoS)
 
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
    1. Kovács, T.; Laczák, L. (2012) Integration of deck and pavement for superstructures of concrete bridges to reduce life-cycle cost, Concrete Structures, Vol.13., Special issue for fib 2012 Stockholm Symposium,  Budapest, pp. 54-60.
    2. Nagy R.; Borosnyói A.; Kovács T. (2013) Feszültségeloszlás modellezése fiatal betonban, Vasbetonépítés, XV. évf., 2013/4, Budapest, pp.105-111.
    3. Gulyás G.; Kovács T.; Nemes R. (2014) Feszítőpászma tapadása nagyszilárdságú normál- és könnyűbetonokban, Építés  Építészettudomány, 42 (3-4), Akadémiai Kiadó, Budapest, pp. 261-280., DOI: 10.1556/EpTud.42.2014.3-4.8
    4. Kovács, T.; Nemes, R. (2015) Bond between strands and high-strength lightweight aggregate concrete, Innovative Concrete Technology in Practice, Proceedings of The 11th Central European Congress on Concrete Engineering (CCC2015), Hainburg, Austria, October 1-2, 2015 (365 p.), Austrian Society for Construction Technology, www.CCC2015.at, pp. 355-359. (ISBN 978-3-9502387-2-3)
    5. Abed, M.; Alkurdi, Z.; Kheshfeh, A.; Kovács, T.; Nehme, S.G. (2021) Numerical Evaluation of Bond Behavior of Ribbed Steel Bars or Seven-wire Strands Embedded in Lightweight Concrete Periodica Politechnika Civ. Eng., (0553-6626 1587-3773):65(2) 2021 pp 385-396 DOI: 10.3311/PPci.16689
 
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
    1. Kovács, T.; Farkas, Gy. (2005) Condition monitoring of a lightly reinforced concrete beam by dynamic measurements, Periodica Polytechnica Civ. Eng., Vol.49, No.1, pp. 27-46.
    2. Kovács, T.; Laczák, L. (2012) Integration of deck and pavement for superstructures of concrete bridges to reduce life-cycle cost, Concrete Structures, Vol.13., Special issue for fib 2012 Stockholm Symposium,  Budapest, pp. 54-60.
    3. Nagy R.; Borosnyói A.; Kovács T. (2013) Feszültségeloszlás modellezése fiatal betonban, Vasbetonépítés, XV. évf., 2013/4, Budapest, pp. 105-111.
    4. Gulyás G.; Kovács T.; Nemes R. (2014) Feszítőpászma tapadása nagyszilárdságú normál- és könnyűbetonokban, Építés  Építészettudomány, 42 (3-4), Akadémiai Kiadó, Budapest, pp. 261-280., DOI: 10.1556/EpTud.42.2014.3-4.8
    5. Abed, M.; Alkurdi, Z.; Kheshfeh, A.; Kovács, T.; Nehme, S.G. (2021) Numerical Evaluation of Bond Behavior of Ribbed Steel Bars or Seven-wire Strands Embedded in Lightweight Concrete, Periodica Polytechnica Civ. Eng., (0553-6626 1587-3773):65(2) 2021 pp 385-396 DOI: 10.3311/PPci.16689
 
Hallgató: 

A témavezető eddigi doktoranduszai

Alkurdi Zaher (2020//)
Státusz: 
elfogadott