Numerical analysis of effectiveness of strengthening concrete slab in tension of the steel-concrete composite beam using pretensioned CFRP strips

• Autorzy: Jankowiak I. , Madaj A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ceer-2017-0046

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna skuteczności wzmocnienia wstępnie naprężonymi taśmami CFRP rozciąganej płyty stalowo-betonowej belki zespolonej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the methods to increase the load carrying capacity of the reinforced concrete (RC) structure is its strengthening by using carbon fiber (CFRP) strips. There are two methods of strengthening using CFRP strips - passive method and active method. In the passive method a strip is applied to the concrete surface without initial strains, unlike in the active method a strip is initially pretensioned before its application. In the case of a steel-concrete composite beam, strips may be used to strengthen the concrete slab located in the tension zone (in the parts of beams with negative bending moments). The finite element model has been developed and validated by experimental tests to evaluate the strengthening efficiency of the composite girder with pretensioned CFRP strips applied to concrete slab in its tension zone.

PL

Jednym ze sposobów zwiększenia nośności konstrukcji betonowej jest jej wzmocnienie przez zastosowanie taśm z włókien węglowych (CFRP). Wzmacnianie polega na mocowaniu lub doklejaniu ich do powierzchni konstrukcji. Stosuje się dwa sposoby mocowania taśm: tzw. sposób bierny lub czynny, czyli bez lub z wcześniejszym napięciem taśmy przed jej aplikacją na wzmacnianej konstrukcji. W przypadku stalowo-betonowych konstrukcji zespolonych taśmy mogą mieć zastosowanie do wzmacniania płyty betonowej w strefie działania momentów powodujących jej rozciąganie. Jednym ze sposobów znalezienia najbardziej skutecznego sposobu wzmocnienia przed jej zastosowaniem jest wykorzystanie symulacji numerycznych. Wymaga to opracowania poprawnego modelu obliczeniowego, który musi być zweryfikowany badaniami empirycznymi. Autorzy artykułu opracowali taki model numeryczny i zastosowali go do oceny skuteczności wzmocnienia omawianego typu dźwigara zespolonego taśmami CFRP wstępnie naprężonymi.

Słowa kluczowe

EN

composite beam; FE analysis; CFRP strips; strengthening of composite beam; concrete in tension; Concrete Damage Plasticity model

PL

belka zespolona; analiza MES; taśmy CFRP; wzmacnianie belek zespolonych; beton rozciągany; beton plastyczny

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2017
• Tom: No. 27(4)
• Strony: 5--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jankowiak I.

• Poznan University of Technology, Poznań, Poland

autor

Madaj A.

• Poznan University of Technology, Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. ABAQUS User’s Manual. Version 6.14. SIMULIA, 2015.
• 2. ABAQUS/Standard: User’s Manual, ABAQUS, SIMULIA, 2014.
• 3. CEB-FIP Model Code 1990, Biulletin D’Information, No. 213/214, CEB Comité Euro-International du Beton, May 1993.
• 4. Hillerborg, A., Modéer M., Petersson P. E.: Analysis of Crack Formation and Crack Growth in Concrete by Means of Fracture Mechanics and Finite Elements, Cement and Concrete Research, Vol. 6, s. 773-782, Pergamon Press Inc., USA, 1976.
• 5. Jankowiak I.: Efektywność wzmacniania materiałami kompozytowymi żelbetowych belek mostowych, Rozprawa doktorska, Politechnika Poznańska 2010.
• 6. Jankowiak I.: Analysis of RC beams strengthened by CFRP strips - experimental and FEA study, Archives of Civil and Mechanical Engineering 12 (2012), pp. 376-388, 2012.
• 7. Jankowiak I., Kąkol W., Madaj A.: Identyfikacja modelu numerycznego ciągłej belki zespolonej na podstawie badań laboratoryjnych, VII Konferencja Naukowa „Konstrukcje Zespolone”, Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2005.
• 8. Jankowiak I., Madaj A.: Analiza numeryczna wzmocnienia taśmami CFRP betonu w strefie rozciąganej stalowo-betonowej belki zespolonej, Inżynieria i Budownictwo, ISSN 0021-0315, 4/2015, str. 208-212, 2015.
• 9. Jankowiak I., Madaj A.: Load carrying capacity of RC beams strengthened by pre-tensioned CFRP strip, Recent Advances in Computational Mechanics, CRC Press/Balkema - 2014, London, pp. 95-101.
• 10. Jankowiak I., Madaj A.: Numeryczne modelowanie zespolenia płyty betonowej z dźwigarem stalowym, w monografii „Konstrukcje zespolone”, t. VIII (praca zbiorowa pod redakcją Tadeusza Bilińskiego i zespołu), str. 131-148, Zielona Góra 2008, Oficyna Wydawnicza UZ.
• 11. Jankowiak I., Madaj A.: Numeryczny model dźwigara zespolonego stalowo-betonowego z rozciąganą płytą betonową, w monografii „Konstrukcje zespolone”, t. IX (praca zbiorowa pod redakcją Tadeusza Bilińskiego i zespołu), str. 57-76, Zielona Góra 2011, Oficyna Wydawnicza UZ.
• 12. Jankowiak I., Madaj A.: Stalowo-betonowy dźwigar zespolony z rozciąganą płytą betonową, Inżynieria i Budownictwa, 12/2011, str. 667-671.
• 13. Lee J., Fenves G.L.: Plastic-damage model for cyclic loading of concrete structures, Journal of Engineering Mechanics, Vol. 124 (8), 1998, s. 892-900.
• 14. Lubliner J., Oliver J., Oller S., Onate E.: A plastic-damage model for concrete, International Journal of Solids and Structures, Vol. 25, no. 3, s. 299-326, 1989.
• 15. Madaj A.: Doraźna nośność i sztywność na zginanie zespolonych belek stalowo-betonowych, Politechnika Poznańska, Wydawnictwo PP 2005.
• 16. Oller S., Onate E, Oliver J., Lubliner J.: Finite element nonlinear analysis of concrete structures using a „Plastic-Damage model”, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 35, no. 1/2/3, 1990, s. 219-231.
• 17. Wittmann F.H., Rokugo K., Bruhwiler E., Mihashi H., Simonin P.: Fracture energy and strain softening of concrete as determined by means of compact tension specimens, Materials and Structures, 1988, 21, s. 21-32.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).