Cột gia cố

Nguyên lý gia cố composite

Sợi carbon có độ bền kéo và mô đun đàn hồi cực cao. Khi được sử dụng để gia cố cột, nó tạo thành cấu trúc composite với vật liệu cột ban đầu (như bê tông hoặc khối xây). Nguyên lý này dựa trên thực tế là sợi carbon và vật liệu nền hoạt động cùng nhau để chịu tải.

Trong một cột được gia cố, sợi carbon có thể chia sẻ lực kéo mà vật liệu cột ban đầu có thể không xử lý hiệu quả. Ví dụ, trong một cột bê tông, bê tông có khả năng nén mạnh nhưng tương đối yếu khi kéo. Khi có tải trọng tác dụng và ứng suất kéo phát triển, sợi carbon có thể chống lại các lực kéo này, do đó làm tăng khả năng chịu tải tổng thể của cột.

Hiệu ứng giới hạn

Khi sợi carbon được quấn quanh cột (như dưới dạng tấm hoặc áo khoác sợi carbon), nó tạo ra hiệu ứng giới hạn. Đối với các cột chịu tải trọng nén, sự giới hạn này rất quan trọng.

Trong các cột bê tông, sự giới hạn do sợi carbon cung cấp sẽ hạn chế sự giãn nở theo chiều ngang của bê tông dưới lực nén dọc trục. Theo lý thuyết về cơ học bê tông, sự giới hạn bên này có thể làm tăng cường độ nén của bê tông. Lớp vỏ sợi carbon hoạt động như một chiếc vòng, ngăn bê tông phồng ra ngoài và cho phép bê tông chịu nhiều tải nén hơn trước khi bị phá hủy.

Kiểm soát vết nứt và bắc cầu

Sợi carbon cũng có thể kiểm soát sự lan truyền của các vết nứt trong vật liệu cột. Trong một cột chịu tải, các vết nứt nhỏ ban đầu có thể phát triển trong vật liệu nền (ví dụ: bê tông).

Sợi carbon có thể bắc cầu các vết nứt này, ngăn chúng phát triển và hợp nhất thành các vết nứt lớn hơn có thể dẫn đến hỏng kết cấu. Các sợi truyền tải tải qua các vết nứt, duy trì tính toàn vẹn của kết cấu và tăng cường độ bền của nó. Bằng cách đó, cột có thể duy trì khả năng chịu tải trong thời gian dài hơn và chịu được nhiều chu kỳ tải hơn mà không bị suy giảm đáng kể.

Cơ chế truyền tải tải

Tải trọng truyền giữa sợi carbon và vật liệu nền chủ yếu thông qua liên kết giữa chúng. Chất kết dính được sử dụng để gắn sợi carbon vào bề mặt cột đóng vai trò quan trọng.

Chất kết dính chất lượng tốt đảm bảo rằng lực kéo trong sợi carbon được truyền hiệu quả đến vật liệu nền và ngược lại. Độ bền liên kết quyết định mức độ sợi carbon và cột có thể hoạt động tốt như thế nào với nhau như một cấu trúc tổng hợp. Khi cột chịu tải, tải trọng được phân bổ giữa sợi carbon và vật liệu cột ban đầu theo độ cứng tương ứng và chất lượng liên kết, do đó làm tăng cường độ tổng thể của cột.