Kolfiberförstärkning av nitförband

Sammanfattning

En av de saker som är säkert här i värden är att saker och ting förändras,

inte minst konstruktioner och kraven på konstruktioner. Dessa

konstruktioner går mot sitt slut hur man än gör, men tiden det tar dit kan

påverkas. För att denna tid, den så kallade livslängden, ska bli så lång

som möjligt måste underhåll ske för att konstruktionen inte ska försämras.

Ibland så ändas dock kraven, oftast är det att belastningarna kommer att

öka. Då finns det två olika alternativ att lösa detta problem: den första

är att byta ut den befintliga konstruktionen mot en ny, men detta är ofta

en väldigt kostsam lösning. Detta leder till den finansiellt mer ekonomiska

varianten, förstärkning av befintlig konstruktion.

Förstärkning med kolfiberkomposit som detta examensarbete handlar om, har

gjort på konstruktionsavdelningen vid institutionen för Samhällsbyggnad på

Luleå Tekniska Universitet i samverkan med Banverket kan vara ett

alternativ när förstärkning skall ske. Kolfiberförstärkning har använts en

hel del inom byggbranschen och då framförallt som förstärkning av betong.

Förstärkning har däremot varit sparsam på stål dels på grund av okunskap

och dels så att ståldetaljer kan bytas ut mot nya eller att nya

ståldetaljer svetsas utanpå de befintliga. Det kan dock finnas problem vid

förstärkningar av gamla utmattade konstruktioner där det inte är helt

ovanlig att stålet är av sådan kvalitet att svetsning är omöjlig dessutom

kan det vara problem med att byta ut befintliga delar. Vid sådana

situationer skulle kolfiberförstärkning kunna vara en bra metod.

Detta arbete är inriktat mot att undersöka om kolfiberförstärkning av

utmattade nitförband kan vara ett alternativ till att byta ut förbandet

alternativt konstruktionen. Eftersom liten eller ingen forskning alls har

gjorts inom området är arbetet inom det första stadiet av utvecklandet av

en metod att förstärka nitförband med kolfiber. Därför har enklast möjliga

lastfall antagit vid laborationerna. Det är sex olika provkroppar av fyra

olika slag som testat i drag där mätningarna har gjort dels med

speckelmätning och dels med data från provriggen. Provkropparna som

användes var två referenser för bultförbanden och två för kolfiber dessutom

testades en provkropp med kolfiber utanpå bultförbandet och en annan med

kolfiber utanpå ett bultförband där bultarna var kapade så att de inte tog

någon kraft. Bultar användes istället för nitar pga. att nytillverkning av

nitförband är väldigt svår samt att vid bultförband blir de ingående

faktorerna kända vilket inte fallet skulle vara om användning av befintliga

nitförband användes.

Det har även utförts ett fältförsök där de verkliga töjningarna i ett

nitförband på Kärisjokibron efter Haparandabanan försökts mätas. Förbandet

som var utdömt ur utmatningssynpunkt enligt Banverkets rapport mättades med

speckelmätning vid belastning av ett lok (T66).

För att kunna få en uppfattning av materialegenskaperna av de använda och

tilltänkta förstärkningsmaterialen samt få en inblick i fenomenet

utmattning gjordes en litteraturundersökning. Denna undersökning tar bara

upp de material som anses vara intressant för förstärkningarna som gjordes

i labbet samt de material som anses komma att behövas vid permanenta

förstärkningar. Bland stålets brottsfenomen tas bara utmattningsbrott upp.

Litteraturundersökningen är inte särskilt djup utan är bara till för att få

en inblick och uppfattning om hur de olika sakerna fungerar.

De viktigaste slutsatserna som kan dras av detta arbete är att förstärkning

över ett nitförband som är draget ger ett styvt förband där

kolfiberkompositen kommer att ta kraft så att belastnigsamplituden sänks

vilket gör att risken för utmatningen minskar.