Deslizamento de interface de aço

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 22375 (2022) Citar este artigo

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Sob a ação de fluência de vigas compostas de aço e concreto reforçadas por chapa de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP), a face da chapa de CFRP, a viga de aço e a viga da laje de concreto produzem deslizamento relativo. Esse deslizamento afeta a interação da interface, reduz a capacidade de carga e a rigidez das barras e aumenta a deformação. Neste trabalho, métodos elásticos e energéticos são utilizados para analisar as forças de interface entre vigas de aço e lajes de concreto armado com chapa de CFRP sob a ação da fluência do concreto. As fórmulas de cálculo para deslizamento de interface, força axial e deformação incremental são estabelecidas. A influência dos parâmetros de projeto nas propriedades mecânicas da interface é analisada. Os resultados mostram que os incrementos no deslizamento de interface, força axial e deformação são zero no 28º dia. Com o aumento da idade, os incrementos no deslizamento da interface, força axial e deformação aumentam gradualmente, e o aumento é grande nos primeiros 100 dias; basicamente permanece inalterado durante o intervalo de tempo de 100 a 1028 dias. Quando a carga aumenta em 5 N/mm (5 kN), os incrementos de deslizamento aumentam em aproximadamente 0,004 mm, 0,002 mm e 0,002 mm. Os incrementos na força axial são de aproximadamente 19,4 kN, 15,9 kN e 16,1 kN. Os incrementos de deformação aumentam em aproximadamente 1,7 mm, 1,1 mm e 0,6 mm.

Estruturas de aço são amplamente utilizadas em edifícios industriais e civis e engenharia de pontes devido à sua construção conveniente e forte praticidade1,2. Devido à influência de vários fatores, como uso e meio ambiente, vários defeitos e danos existem na estrutura de aço3,4, especialmente quando a estrutura de aço é sobrecarregada. Em outras palavras, a carga de serviço da estrutura é muito maior do que a carga de serviço admissível da estrutura5; essa situação acelera o envelhecimento da estrutura e reduz sua vida útil, principalmente quando a própria estrutura apresenta pequenos danos causados ​​pela construção. A sobrecarga aumenta os danos à estrutura, e os defeitos microscópicos gradualmente se expandem e convergem, resultando na deterioração do material em termos de propriedades mecânicas macroscópicas; até causa acidentes de engenharia. Portanto, o estudo de formas de reforçar e reparar a estrutura metálica sempre foi uma importante empreitada na engenharia civil. Os dados mostram que os projetos de reconstrução podem economizar cerca de 40% do investimento e reduzir o período de construção em cerca de 50% quando comparados com as novas construções6,7. Buscar uma tecnologia econômica de reforço e reparo de estruturas de aço não é apenas um problema técnico a ser resolvido, mas também um problema social relacionado ao desenvolvimento sustentável.

Os métodos tradicionais de reforço de estruturas de aço incluem o aumento do número de seções de membros de aço, adição de hastes e suportes adicionais e reforço de protensão. Dentre eles, o aumento do número de seções do elemento de aço envolve a conexão dos elementos de aço novos e originais por soldagem, rebitagem, aparafusamento ou colagem de chapas de aço8,9. A estrutura muda de um plano para um espaço10,11, e a armadura de protensão é colocada em tirantes protendidos em partes apropriadas da estrutura de aço para formar uma tensão oposta à carga na estrutura12,13,14. Até certo ponto, esses métodos aumentam o tamanho da seção transversal dos componentes, aumentando o peso dos componentes e alterando a rigidez. Isso resulta em uma redistribuição das forças internas da estrutura, transporte e instalação inconvenientes, construção complicada e altos custos de manutenção. Nos últimos anos, o uso de chapas de polímero reforçado com fibra (FRP) para reforçar vigas de aço surgiu como um novo método de reforço no país e no exterior. Este método de reforço envolve colar ou ancorar chapas de FRP em vigas de aço. A alta resistência do material FRP é usada para melhorar a capacidade de carga e a rigidez da viga para obter o efeito de reforço.