ガラス繊維強化ポリマーシートで補強された木材梁の機械的性能

本研究では、低コストの繊維でも強化木材梁の機械的性能を大幅に向上させられるかという仮説を検証した。25本の松材梁(無補強参照群とガラス繊維強化ポリマー(GFRP)シートで補強した4群)を用い、4点曲げ試験を実施した。梁の公称寸法は80mm x 80mm x 1600mm。補強材は引張領域に限定して外面に接着された。シート層数と表面被覆範囲の2つの変数が調査された。補強率は0.38%から1.15%の範囲であった。梁の応答は、耐荷力、剛性、延性、破壊モードの観点から評価された。梁の下面に3層のシートを接着すると、耐荷力が最大58.20%増加した。剛性への影響はそれほど顕著ではなく、最大増加率は20%であった。これはシートの弾性率が比較的低いことに起因する。しかし、延性は大幅に増加し(エネルギー換算で最大126.14%)、これは複合材の高い接着性と高い破断伸びに直接起因する結果である。変形断面法と有限要素シミュレーションを用いて補強材の挙動を予測し、両者とも弾性範囲内では試験結果と良好な一致を示した。GFRPシートは合理的な補強ソリューションであると結論付けられたが、満足のいく有効性は高い補強率でのみ得られ、試験構成では少なくとも2層が推奨される。耐荷力、最大荷重時のたわみ、延性に対する補強構成の影響は統計的に有意であったが、曲げ剛性に対する影響は有意ではなかった。