Förstärkning av korroderade armerade betongplatta–pelarfog med tunna hybrid-FRP under genomslagsskära

Varför gamla betonggolv plötsligt kan brista

Många parkeringsgarage, lagerlokaler och höghus förlitar sig på plana betonggolv som bärs direkt av pelare. Denna konstruktion sparar utrymme och material, men döljer en farlig svaghet: ett sprött brott kallat genomslagsskära, där plattan plötsligt kan tryckas igenom runt en pelare med liten förvarning. När stålet i betongen rostar ökar denna risk. Studien som sammanfattas här undersöker en ny metod för att förstärka dessa utsatta fogar med mycket tunna, lätta kompositremsor gjorda av glas‑ och kolfibrer.

En dold svag punkt i vanliga byggnader

Platta–pelarsystem är populära eftersom de eliminerar balkar och möjliggör öppna, flexibla ytor. Nackdelen är att området där varje pelare möter plattan bär mycket koncentrerade krafter. Om betongen och armeringen inte kan motstå dessa krafter kan plattan brista abrupt runt pelaren i en konformad fragment. Tidigare jordbävningar och oväntade kollapser i garage har visat hur katastrofalt detta ”genomslag” kan bli. Traditionella säkerhetsåtgärder, såsom extra förstärkningsstål, förtjockade partier eller nedsänkta områden, ökar vikt, kostnad och byggkomplexitet och saknas ofta i äldre byggnader. Förvärrande är att avisningssalt och hårda miljöer långsamt korroderar den inre armeringen, vilket minskar bärförmågan och gör genomslagssprickning mer sannolik.

Vad korrosion gör med betongfogar

När armeringsstål korroderar expanderar det och spräcker den omgivande betongen. Denna process försvagar flera mekanismer som normalt hjälper till att motstå genomslagsskära: det råa sammanlåset mellan spruckna betongytor, ”dowel”-verkan hos stänger som korsar sprickor, och vidhäftningen mellan stål och betong. Även måttlig rost kan förflytta en platta från en mer förlåtande böjningsbeteende till ett plötsligt genomslagsbrott. Tidigare forskning har mestadels studerat korrosion eller förstärkning isolerat, och ofta fokuserat på balkar eller pelare snarare än den kritiska platta–pelarfogen. Det aktuella arbetet riktar sig mot denna specifika fog och undersöker hur olika förstärkningsupplägg fungerar när stålet redan är skadat.

Test av tunna hybridremsor på skadade fogar

Forskarna byggde elva skalade inre platta–pelarfogar, vardera representerande en typisk innermarkör i ett platt plattgolv. Vissa provstycken lämnades intakta, medan andra medvetet korroderades till cirka 15 % massförlust i armeringen med en accelererad elektrolytisk metod i en saltslösning. De limmade sedan tunna kompositremsor—gjorda av glasfiber (GFRP), kolfiber (CFRP) eller en hybrid av båda—på undersidan av plattan runt pelaren. Remsorna arrangerades i olika mönster, med särskild uppmärksamhet på en snedställd layout utformad för att korsa de radiella sprickor som bildas vid genomslag. Plattorna belastades nedåt genom pelaren tills brott, medan teamet mätte hur mycket last de kunde bära, hur mycket de böjde sig och hur sprickor spred sig.

Hur den nya förstärkningsstrategin presterade

Korrosion ensam minskade genomslagskapaciteten med ungefär en tredjedel och fördubblade nästan nedböjningen vid brott jämfört med en oskadad fog. Tillägg av kompositremsor återställde mycket av denna förlust. Glasfibersystem ökade genomslagsstyrkan med cirka 30–51 % över den korroderade kontrollen, kolfibersystem med 40–60 % och de hybrida glas–kolfiberremsorna med ungefär 57–77 %. Förstärkta fogar visade styvare beteende före sprickbildning, fördröjd spricktillväxt och en mer stabil last–böjningsrespons. Nyttan ökade dock inte obegränsat: bortom cirka två lager eller en total komposittjocklek omkring 0,6–1,2 mm gav extra material endast små styrkeförbättringar eftersom remsorna började släppa från betongen (avlaminering) innan de kunde utnyttjas fullt ut. Med avancerade datorsimuleringar, kalibrerade mot experimenten, undersökte författarna många variationer i remstjocklek, antal lager, placering och korrosionsnivå. De fann att snedställda hybrida remsor förskjutna 50 mm från pelarytan gav den bästa avvägningen mellan ökad styrka och kontrollerad sprickbildning för den testade geometrin.

Begränsningar för att förstärka mycket korroderade konstruktioner

Studien visar också att det finns en praktisk gräns för hur mycket förstärkning kan hjälpa när korrosionen blir allvarlig. I simulerade fogar med korrosionsnivåer från 5 % till 30 % minskade den relativa nyttan av den optimala hybridförstärkningen från cirka 51 % extra kapacitet vid måttlig korrosion till cirka 25 % vid den högsta nivå som undersöktes. När mer stål rostar bort och betongen runt det försämras blir förbindelsen i allt högre grad styrd av sprött genomslag och avlaminering av remsorna. Vid den punkten gör mer komposit lite nytta utan att också förbättra vidhäftningen eller åtgärda den underliggande försämringen.

Vad detta betyder för verkliga byggnader

För ingenjörer som ansvarar för åldrande parkeringsgarage eller plattplatta‑byggnader tyder resultaten på att mycket tunna, strategiskt arrangerade hybrida glas–kolfiberremsor kan vara ett praktiskt eftersteg för att delvis återställa säkerheten i måttligt korroderade platta–pelarfogar. Systemet är lätt, appliceras externt och kräver inte förtjockning av plattan eller tunga stålramsdelar. Dess framgång är dock starkt beroende av god vidhäftning, noggrann detaljering av remsornas läggning och att korrosionsnivåerna ännu inte blivit extrema. Kort sagt kan denna teknik köpa värdefull extra kapacitet och styvhet för riskutsatta fogar, men den är ingen universallösning: svår korrosion kräver fortfarande mer omfattande reparation eller utbyte, och varje byggnad måste bedömas inom de förutsättningar som testats i denna forskning.

Citering: Gomaa, A.M., Ahmed, M.A., Khafaga, S.A. et al. Strengthening of corroded RC slab–column joints using thin-ply hybrid FRP under punching shear. Sci Rep 16, 6526 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36610-2

Nyckelord: genomslagsskära, armerade betongplattor, korrosion, FRP-förstärkning, platta–pelarfog