FRP strengthening of AAC masonry walls - comparative analysis and discussion selected calculation methods

• Autorzy: Kałuża Marta

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2023.145255

Warianty tytułu

PL

Wzmocnienia ścian z bloczków ABK materiałami FRP - analiza porównawcza i dyskusja wybranych metod obliczeniowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The use of FRP materials as external reinforcement of masonry structures has been recognized as an effective and minimally invasive method of wall strengthening. The available literature and research reports confirm the positive effect of the strip-like arrangement of composites with a horizontal, diagonal and - as shown in the paper - vertical configuration. The problem here is the proper estimation of the benefits of such FRP reinforcement, namely determining the real increase in shear strength. The paper described selected calculation procedures that can be found in the available literature (proprietary solutions), as well as in the published guidelines for the design of masonry walls strengthening using FRP materials. The results of experimental tests of sheared masonry walls made of AAC blocks and strengthened using vertical strips of carbon and glass fibres are briefly presented. Finally, based on the presented formulae, the values of the theoretical shear force resulted from the FRP contribution were calculated and detailed discussed. The comparison of the experimental and theoretical shear forces showed that only one of the presented calculation methods gave a high agreement of the results for both carbon and glass sheets. In addition, it was noticed that in two cases the effects of strengthening - depending on the material used - drastically differed, which was not observed in the research.

PL

Zastosowanie materiałów FRP jako zewnętrznego zbrojenia konstrukcji murowanych jest skuteczną i mało inwazyjną metodą wzmacniania ścian. Dostępna literatura potwierdza pozytywny wpływ kompozytów układanych pasmowo, w konfiguracji poziomej, ukośnej i - jak pokazano w artykule - pionowej. Problemem jest tu właściwe oszacowanie korzyści płynących z takiego zbrojenia, a dokładniej, określenie rzeczywistego wzrostu nośności na ścinanie wzmocnionej ściany. W artykule opisano wybrane procedury obliczeniowe dostępne w literaturze (rozwiązania autorskie), a także w opublikowanych wytycznych do projektowania wzmocnień ścian murowanych materiałami FRP. Pokrótce przedstawiono też wyniki własnych badań laboratoryjnych ścian murowanych z bloczków AAC poddanych ścinaniu, które wzmocniono pionowymi pasami z włókien węglowych i szklanych. Ostatecznie, na podstawie przedstawionych wzorów, obliczono i szczegółowo omówiono wartości teoretycznej siły ścinającej wynikającej z udziału FRP. Porównanie doświadczalnych i teoretycznych sił ścinających wykazało, że tylko jedna z przedstawionych metod obliczeniowych pozwala na uzyskanie dobrej zgodności wyników zarówno dla pasm CFRP, jak i GFRP. Ponadto zauważono, że w dwóch przypadkach wartości siły ścinającej, w zależności od użytego materiału, znacząco się różniły, czego nie zaobserwowano w badaniach.

Słowa kluczowe

EN

comparative analysis; diagonal compression; FRP; strengthening; masonry wall; vertical strip; calculation method

PL

analiza porównawcza; pas pionowy; ściana murowana; ściskanie ukośne; wzmocnienie; FRP; metoda obliczeniowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 69, nr 2
• Strony: 97--110
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kałuża Marta

• Silesian University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7120-1107

Bibliografia

• [1] M. Tomazevic, M. Lutman, and L. Petrovic, In plane behavior of reinforced masonry walls subjected to cyclic lateral loads. Report of the Ministry of Science and Technology of Republic of Slovenia. 1993.
• [2] T.C. Triantafillou, “Strengthening of Masonry Structures Using Epoxy-Bonded FRP Laminates”, Journal of Composites for Construction, vol. 2, no. 2, pp. 96-104, 1998, doi: 10.1061/(ASCE)1090-0268(1998)2:2(96).
• [3] M. Kałuża and J. Kubica, “Diagonally Compressed AAC Block’s Masonry - Effectiveness of Strengthening Using CRFP and GFRP Laminates", in Proceedings of the: 8th International Masonry Conference, 9-11 July 2010, Dresden, Germany. 2010, pp. 1-10.
• [4] M. Kałuża and J. Kubica, “Strengthening of the sheared walls made of AAC blocks using FRP sheets”, Inżynieria i Budownictwo, vol. 9-10, pp. 428-434, 2021 (in Polish).
• [5] G. Marcari, G. Manfredi, A. Prota, and M. Pecce, “In-plane shear performance of masonry panels strengthened with FRP”, Composites Part B: Engineering, vol. 38, no. 7-8, pp. 887-901, 2007, doi: 10.1016/j.compositesb.2006.11.004.
• [6] A. Kalali and M.Z. Kabir, “Experimental response of double-wythe masonry panels strengthened with glass fiber reinforced polymers subjected to diagonal compression tests”, Engineering Structures, vol. 39, pp. 24-37, 2012, doi: 10.1016/j.engstruct.2012.01.018.
• [7] M.R. Valluzzi, D. Tinazzi, and C. Modena, “Shear behavior of masonry panels strengthened by FRP laminates”, Construction and Building Materials, vol. 16, no. 7, pp. 409-416, 2002, doi: 10.1016/ S0950-0618(02)00043-0.
• [8] R. Capozucca and E. Magagnini, “Experimental response of masonry walls in-plane loading strengthened with GFRP strips”, Composite Structures, vol. 235, pp. 1-15, 2020, doi: 10.1016/j.compstruct.2019.111735.
• [9] A. Borri, G. Castori, and M. Corradi, “Shear behavior of masonry panels strengthened by high strength steel cords”, Construction and Building Materials, vol. 25, no. 2, pp. 494-503, 2011, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2010.05.014.
• [10] M. Hadzima-Nyarko, S. Čolak, B. Ð. Bulajić, and N. Ademović, “Assessment of Selected Models for FRP-Retrofitted URM Walls under In-Plane Loads”, Buildings, vol. 11, no. 11, art. no. 559, pp. 1-19, 2021, doi: 10.3390/buildings11110559.
• [11] M.J. Simonič, S. Gostič, V. Bosilijkov, and R. Žarnić, “Testing and analysis of masonry walls strengthened with FRP”, Građevinar, vol. 66, no. 6, pp. 533-548, 2014, doi: 10.14256/JCE.960.2013.
• [12] T.C. Triantafillou and C.P. Antonopoulos, “Design of Concrete Flexural Members Strengthened in Shear with FRP”, Journal of Composites for Construction, vol. 4, no. 4, pp. 198-205, 2000, doi: 10.1061/(ASCE)1090-0268(2000)4:4(198).
• [13] Q. Wang, Z. Chai, Y. Huang, Y. Yang, and Y. Zhang, “Seismic shear capacity of brick masonry wall reinforced by CFRP”, Asian Journal of Civil Engineering, vol. 7, no. 6, pp. 563-580, 2006.
• [14] E. Garbin, N. Galati, A. Nanni, C. Modena, and M.R. Valluzzi, “Provisional Design Guidelines for the Strengthening of Masonry Structures Subject to In-plane Loading”, in Proceedings of the: 10th North American Masonry Conference, 3-5 June 2007, Missouri, USA. 2007, pp. 440-453.
• [15] ACI 440.7R-10 Guide for the design and construction of externally bonded fiber-reinforced polymer systems for strengthening unreinforced masonry structures. American Concrete Institute, 2010.
• [16] ACI 530.1-02 Specification for Masonry Structures. MSJC - Masonry Standards Joint Committee, 2002.
• [17] AC125 Acceptance Criteria for Concrete and Reinforced and Unreinforced Masonry Strengthening Using Fiber-Reinforced Polymer (FRP), Composite Systems. ICBO Evaluation Service, 2001.
• [18] CNR-DT 200 /2004 Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures. National Research Council - Rome, Italy, 2004.
• [19] CNR-DT 200 R1/2013 Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures. National Research Council - Rome, Italy, 2014.
• [20] EN 772-1 Methods of test for masonry units - Part 1: Determination of compressive strength. Comite Europeen de Normalisation, 2011.
• [21] EN 1052-1 Methods of test for masonry - Part 1: Determination of compressive strength. Comite Europeen de Normalisation, 1998.
• [22] Rilem LUMB 6. Diagonal tensile strength tests of small wall specimens. TC 76-LUM, 1991.