Slip di interfaccia in acciaio

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 22375 (2022) Citare questo articolo

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Sotto l'azione di scorrimento delle travi composite in acciaio e cemento rinforzate da un foglio di polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP), la faccia del foglio di CFRP, della trave in acciaio e della trave della soletta in cemento produce uno scivolamento relativo. Questo scorrimento influenza l'interazione dell'interfaccia, riduce la capacità portante e la rigidezza degli elementi e aumenta la deformazione. In questo articolo vengono utilizzati metodi elastici ed energetici per analizzare le forze di interfaccia tra travi in ​​acciaio e solette in calcestruzzo rinforzate con lastre di CFRP sotto l'azione del creep del calcestruzzo. Vengono stabilite le formule di calcolo per lo scorrimento dell'interfaccia, la forza assiale e la deformazione incrementale. Viene analizzata l'influenza dei parametri di progettazione sulle proprietà meccaniche dell'interfaccia. I risultati mostrano che gli incrementi nello scorrimento dell'interfaccia, nella forza assiale e nella deformazione sono pari a zero al 28° giorno. Con l'aumentare dell'età, gli incrementi nello scorrimento dell'interfaccia, nella forza assiale e nella deformazione aumentano gradualmente e l'aumento è notevole nei primi 100 giorni; rimane sostanzialmente invariato nell'intervallo di tempo da 100 a 1028 giorni. Quando il carico aumenta di 5 N/mm (5 kN), gli incrementi di scorrimento aumentano di circa 0,004 mm, 0,002 mm e 0,002 mm. Gli incrementi della forza assiale sono di circa 19,4 kN, 15,9 kN e 16,1 kN. Gli incrementi di deformazione aumentano di circa 1,7 mm, 1,1 mm e 0,6 mm.

Le strutture in acciaio sono ampiamente utilizzate negli edifici industriali e civili e nell'ingegneria dei ponti grazie alla loro comoda costruzione e alla forte praticabilità1,2. A causa dell'influenza di diversi fattori, come l'uso e l'ambiente, nella struttura in acciaio3,4 si presentano diversi difetti e danni, soprattutto quando la struttura in acciaio è sovraccarica. In altre parole, il carico di servizio della struttura è molto maggiore del carico di servizio ammissibile della struttura5; questa situazione accelera l'invecchiamento della struttura e ne riduce la durata, soprattutto quando la struttura stessa presenta lievi danni causati dalla costruzione. Il sovraccarico aumenta il danno alla struttura, ed i difetti microscopici si espandono e convergono gradualmente, con conseguente deterioramento del materiale in termini di proprietà meccaniche macroscopiche; provoca persino incidenti tecnici. Pertanto, lo studio dei modi per rafforzare e riparare la struttura in acciaio è sempre stato un impegno importante nell'ingegneria civile. I dati mostrano che i progetti di ricostruzione possono far risparmiare circa il 40% dell’investimento e abbreviare il periodo di costruzione di circa il 50% rispetto alle nuove costruzioni6,7. La ricerca di una tecnologia economicamente vantaggiosa per il rinforzo e la riparazione delle strutture in acciaio non è solo un problema tecnico da risolvere, ma anche un problema sociale legato allo sviluppo sostenibile.

I metodi tradizionali per rinforzare le strutture in acciaio comprendono l'aumento del numero di sezioni degli elementi in acciaio, l'aggiunta di ulteriori barre e supporti e il rinforzo della precompressione. Tra questi, l'aumento del numero di sezioni dell'elemento in acciaio implica il collegamento degli elementi in acciaio nuovi e originali mediante saldatura, rivettatura, imbullonatura o incollaggio di piastre di acciaio8,9. La struttura cambia da piano a spazio10,11 e l'armatura di precompressione è impostata su tiranti precompressi in parti appropriate della struttura in acciaio per formare una sollecitazione opposta al carico nella struttura12,13,14. In una certa misura, questi metodi aumentano la dimensione della sezione trasversale dei componenti, aumentandone il peso e modificandone la rigidità. Ciò si traduce in una ridistribuzione delle forze interne della struttura, trasporto e installazione scomodi, costruzione complicata e costi di manutenzione elevati. Negli ultimi anni, l’uso di lastre di polimeri fibrorinforzati (FRP) per rinforzare le travi in ​​acciaio è emerso come un nuovo metodo di rinforzo in patria e all’estero. Questo metodo di rinforzo prevede l'incollaggio o l'ancoraggio di lastre di FRP su travi di acciaio. L'elevata resistenza del materiale FRP viene utilizzata per migliorare la capacità portante e la rigidità della trave per ottenere l'effetto di rinforzo.