Penguatan Balok

1. Ikhtisar Proyek

Sebuah gedung perkantoran komprehensif di Kabupaten Qijiang, Kota Chongqing, selesai dibangun pada tahun 1999. Selama inspeksi kualitas pada bulan Agustus 2007, ditemukan masalah-masalah berikut:

(1) Beberapa balok rangka memiliki retakan yang jelas di bagian tengah bentang, dengan tulang rusuk yang terekspos, dan korosi serius, yang menyebabkan bahaya keselamatan:

(2) Kekuatan beton desain asli adalah C30, dan kekuatan beton yang diukur berada antara C20 dan C30.

Proyek ini disebabkan oleh kualitas konstruksi yang buruk yang memengaruhi kekuatan komponen-komponennya. Namun, gedung perkantoran tersebut masih dapat digunakan setelah penguatan balok rangka terkait.

2. Analisis kinerja lembaran serat karbon dan penentuan rencana penguatan

2.1. Keunggulan kinerja lembaran serat karbon

(1) Ringan dan berkekuatan tinggi. Ringan, pada dasarnya tidak menambah berat struktur yang diperkuat. Berkekuatan tinggi, kekuatan tariknya sekitar 10 kali lipat baja. Terutama serat karbon model elastis tinggi, kekuatan tariknya 68 kali lebih besar daripada baja, dan modulus elastisitasnya 2,0 hingga 2,6 kali lebih besar daripada baja.

(2) Daya tahan tinggi. Performanya tetap stabil pada suhu tinggi 600-3°C, dan tetap fleksibel pada suhu rendah 0°C dalam paduan aluminium; tidak terkorosi oleh asam, alkali, dan garam di lingkungan yang keras.

(3) Konstruksi yang baik. Karena lembaran serat karbon ringan, dapat dilipat, dan ditekuk, berbagai bentuk komponen dapat digunakan, dan pencetakannya sangat praktis, serta beberapa lapisan dapat direkatkan sesuai dengan gaya yang dibutuhkan.

(4) Koefisien muai termalnya kecil. Koefisien muai termal bahan serat karbon sangat kecil, dan koefisien muai termalnya searah serat hampir sama dengan nol. Keunggulan ini tak tertandingi oleh bahan lain saat ini. Meskipun koefisien muai termal tegak lurus arah serat relatif besar, produk isotropiknya paling kecil dibandingkan bahan lain.

2.2. Rencana penguatan proyek ini ditentukan

Berdasarkan persyaratan teknologi dari beberapa metode penguatan yang umum digunakan dan kondisi spesifik proyek, serta pertimbangan faktor ekonomi yang komprehensif, metode eliminasi diadopsi untuk menentukan rencana penguatan akhir.

Pertama-tama, karena bangunan tersebut terutama digunakan untuk perkantoran, maka tinggi lantainya rendah, jadi untuk metode perluasan permukaan, akan semakin mengurangi penggunaan ruang, yang tidak sesuai dengan situasi proyek yang sebenarnya, jadi yang pertama dikecualikan.

Yang kedua adalah tulangan baja pengikat yang umum digunakan. Baut ekspansi karet diperlukan untuk menutup pelat baja dan permukaan balok beton pada jarak tertentu sepanjang arah memanjang pelat baja. Hal ini membutuhkan banyak lubang bor pada permukaan balok beton. Karena gedung perkantoran yang luas ini bersebelahan dengan panti jompo di Kabupaten Qijiang, kebisingan pengeboran pasti akan berdampak serius pada warga sekitar. Oleh karena itu, metode tulangan baja pengikat juga tidak digunakan.

Ketiga, metode penguatan prategang juga dikecualikan karena persyaratannya yang tinggi untuk peralatan konstruksi, konstruksi di lokasi yang rumit, dan biaya yang relatif tinggi.

3. Desain penguatan lembaran serat karbon

3.1. Ideologi dasar yang memandu desain perkuatan proyek ini adalah bahwa lapisan pelindung beton pada sebagian balok rangka gedung perkantoran telah retak, menyebabkan korosi serius pada batang baja, mengurangi luas penampang batang baja, kekuatan batang baja, dan daya rekat antara batang baja dan beton. Untuk perkuatan serat karbon, jumlah lembaran serat karbon longitudinal harus dihitung berdasarkan tingkat korosi struktural untuk meningkatkan ketahanan lentur: hitung jumlah lembaran serat karbon transversal untuk meningkatkan ketahanan geser.

3.2. Panjang jangkar

Terdapat panjang angkur efektif untuk kinerja ikatan antara lembaran CFRP dan beton dalam hal distribusi variabel atau distribusi tegangan. Dari grafik jarak antara regangan dan retak, terlihat bahwa, kecuali perbedaan nilai numerik, bentuk kurva sangat mirip, yang menunjukkan bahwa regangan dan tegangan pada lembaran serat karbon berkembang secara stabil. Sementara itu, regangan dan tegangan ikatan sebagian besar berubah secara signifikan dalam jarak 50 mm dari retakan, yang dapat menjelaskan bahwa panjang ikatan dan angkur lembaran serat karbon sekitar 100 mm.

Lebar balok rangka dan balok sekunder proyek ini sama-sama 250 mm. Substitusikan parameter yang relevan ke dalam rumus di atas untuk menghitung bahwa 2 lapis lembaran serat karbon dengan lebar 200 mm dan tebal 0,111 mm perlu direkatkan di sepanjang bagian bawah balok. Bagian atas balok direkatkan dengan dua lapis lembaran serat karbon dengan lebar 200 mm dan tebal 0,111 mm pada 1/3 bentang balok, dan manik lembaran serat karbon longitudinal selebar 100 mm digunakan untuk penjangkaran.