Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

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.