Structural testing of compression members reinforced with FRP bars

• Autorzy: Włodarczyk Maria

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2025.154143

Warianty tytułu

PL

Badania strukturalne elementów ściskanych zbrojonych prętami FRP

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The Fibre Reinforced Polymer (FRP) bars are increasingly used as an alternative to steel reinforcement in concrete structures. Their wide applicability is due to their properties such as high strength, resistance to corrosion, easy cutting, etc. For many years, research has been conducted on the identification of properties and the possibility of application of FRP bars in structural members as the alternative to steel reinforcement. This paper presents results of experimental tests of concrete columns reinforced with BFRP (Basalt Fibre Reinforced Polymer) and HFRP (Hybrid Fibre Reinforced Polymer) bars. Observed failure modes are presented along with comparison of the experimental and the predicted ultimate capacities of the regarded columns.

PL

Pręty FRP (Fibre Reinforced Polymer) są dynamicznie rozwijającym się produktem na rynku budowlanym. Pręty FRP są coraz częściej stosowane jako alternatywa dla zbrojenia stalowego w konstrukcjach betonowych. Ich szerokie zastosowanie wynika z ich właściwości, takich jak wysoka wytrzymałość, odporność na korozję, łatwość cięcia itp. Od wielu lat prowadzone są badania nad identyfikacją właściwości i możliwością zastosowania prętów BFRP (Basalt Fibre Reinforced Polymer), GFRP (Glass Fibre Reinforced Polymer), CFRP (Carbon Fibre Reinforced Polymer), HFRP (Hybrid Fibre Reinforced Polymer) w elementach konstrukcyjnych jako alternatywy dla zbrojenia stalowego. Ze względu na liniową zależność naprężenie-odkształcenie dla prętów kompozytowych zdecydowana większość badań i analiz dotyczy elementów zginanych, podczas gdy dla elementów ściskanych ze wzmocnieniem kompozytowym brakuje obszernych badań. Istnieje jednak coraz większe zapotrzebowanie na ocenę przydatności tego zbrojenia w elementach ściskanych. W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych niskich słupów betonowych zbrojonych prętami BFRP i HFRP.

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 71, nr 2
• Strony: 659--672
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Włodarczyk Maria

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9094-3410

Bibliografia

• [1] fib Bulletin No 65, Model Code 2010 – Final Draft, vol. 1. Fib, 2012.
• [2] fib Model Code for Concrete Structures (2020), Version 1. Fib, 2023.
• [3] B. Zu, W. Cao, and H. Fan, “Symbiotic design and numerical methods of industrial architecture and urban landscape in the context of sustainable development”, Archives of Cicil Engineering, vol. 70, no. 4, pp. 11-28, 2024, doi: 10.24425/ace.2024.151876.
• [4] ACI Committee 440, ACI 440R-07. ACI, 2007.
• [5] L. Runkiewicz, “Wpływ korozji na awaryjność i zagrożenie obiektów budowlanych”, Przegląd Budowlany, nr 12, pp. 32-37, 2016.
• [6] K. Protchenko, M. Włodarczyk, and E.D. Szmigiera, “Analysis of interface between FRP strip and concrete in structural systems”, in Theoretical Foundations of Civil Engineering. Structural Mechanics, vol. 7, S. Jemioło and M. Gajewski, Eds. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2016, pp. 111-120.
• [7] R. Kotynia, FRP Composites for flexural Strengthening of concrete structures theory, testing, design. Lodz University of Technology, 2019.
• [8] K. Protchenko, M. Włodarczyk, and E.D. Szmigiera, “Investigation of behaviour of reinforced concrete elements strengthened with FRP”, Procedia Engineering, vol. 111, pp. 679-686, 2015, doi:10.1016/j.proeng.2015.07.132.
• [9] R. Kotynia, H.A. Baky, K.W. Neale, and U.A. Ebead, “Flexural Strengthening of RC Beams with Externally Bonded CFRP Systems: Test Results and 3D Nonlinear Fe Analysis”, Journal of Composites for Construction, vol. 12, no. 2, pp. 190-201, 2008, doi:10.1061/(ASCE)1090-0268(2008)12:2(190).
• [10] fib Bulletin 40, FRP reinforcement in RC structures. Fib, 2007.
• [11] M. Szumigała and D. Pawłowski, “Zastosowanie kompozytowych prętów zbrojeniowych w konstrukcjach budowlanych”, Przegląd Budowlany, no 3, pp. 47-50, 2014.
• [12] A. Rduch, Ł. Rduch, and R. Walentyński, “Właściwości i zastosowanie kompozytowych prętów zbrojeniowych”, Przegląd Budowlany, no 11, pp. 43-46, 2017.
• [13] A. Garbacz, E.D. Szmigiera, K. Protchenko, and M. Urbański, “On mechanical characteristics of HFRP bars with various types of hybridization”, Polymers for Resilient and Sustainable Concrete Infrastructure, M.M. Reda Taha, Ed. Springer, 2018, pp. 653-658, doi:10.1007/978-3-319-78175-4_83.
• [14] A. Garbacz, E.D. Szmigiera, M. Urbański, K. Protchenko, and M. Kubas, “O badaniach hybrydowego zbrojenia FRP do konstrukcji infrastrukturalnych z betonu”, Inżynieria i Budownictwo, no. 8, pp. 63-68, 2017.
• [15] K. Protchenko, J. Dobosz, M. Urbański, and A. Garbacz, “Wpływ substytucji włókien bazaltowych przez włókna węglowe na właściwości mechaniczne prętów B/CFRP (HFRP)”, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, JCEEA, vol. 63, no. 1/I, pp. 149-156, 2016.
• [16] M. Urbański and A. Łapko, “Effectivess of ß exural basalt reinforcement application in RC beam structures”, in Modern materials, instalations and construction technologies, S. Fic, Ed. John Paul II State School of Higher Education, 2013, pp. 113-123.
• [17] R. Kotynia, D. Szczech, and M. Kaszubska, “Bond behavior of GFRP mars to concrete in beam test”, Procedia Engineering, vol. 193, pp. 401-408, 2017, doi:10.1016/j.proeng.2017.06.230.
• [18] C. Dinesh Kumar and D. Sathish Kumar, “Flexural behaviour of concrete beam with Glass Fiber Reinforced Polymers bars”, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), vol. 5, no. 12, pp. 1595-1600, 2018.
• [19] D. Szczech and R. Kotynia, “Beam bond tests of GFRP and steel reinforcement to concrete”, Archives of Cicil Engineering, vol. 64, no. 4, pp. pp. 243-256, doi:10.2478/ace-2018-0072.
• [20] S. Ye, Y. Sun, and G.J. Xiong, “A simple and rational beam segment model for analyzing intermediate crackinduced debonding in FRP-strengthened beams”, Construction and Building Materials, vol. 25, pp. 1332-1337, 2011, doi:10.1016/j.conbuildmat.2010.09.011.
• [21] M. Włodarczyk and H. Markowski, “Analiza pracy zginania belki ze zbrojeniem niemetalicznym”, TTS Technika Transportu Szynowego, no. 12, s. 277-282, 2016.
• [22] M.W. Goldston, A. Remennikov, and M. Neaz Sheikh, “Flexural behaviour of GFRP reinforced high strength and ultra high strength concrete beams”, Construction and Building Materials, vol. 131, pp. 606-617, 2017, doi:10.1016/j.conbuildmat.2016.11.094.
• [23] M. Abramski, P. Korzeniowski, and M.Wesołowski, “Badania płyt betonowych ze zbrojeniem prętami z włókien bazaltowych”, Inżynieria i Budownictwo, no. 12, pp. 666-668, 2012.
• [24] M. Abramski, P. Korzeniowski, and W. Tisler, “Flexural behaviour of concrete slabs reinforced with FRP bars in experiments and according to ACI 440.1R Guide”, Technical Sciences. University of Warmia and Mazury in Olsztyn, vol. 19, no. 4, pp. 339-357, 2016.
• [25] H. Nordin and B. Täljsten, “Testing of hybrid FRP composite beams in bending”, Composite Part B: Engineering, vol. 35, no. 1, pp. 27-33, 2004, doi:10.1016/j.compositesb.2003.08.010.
• [26] C.A. Neagoe, L. Gil, and M.A. Pérez, “Experimental study of GFRP concrete hybrid beams with low degree of shear connection”, Construction and Building Materials, vol. 101, part 1, pp. 141-151, 2015, doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.10.024.
• [27] A. Koaik, S. Bel, and B. Jurkiewicz, “Experimental Tests and analytical model of concrete GFRP hybrid beams under flexure”, Composite Structures, vol. 180, pp. 192-210, 2017, doi:10.1016/j.compstruct.2017.07.059.
• [28] H.M. Soghair, M.H. Ahmed, A.M. Abdel-Hafez, and A.I.H. Ramadan, “F.E.A. of R.C columns confined by CFRP laminates under axial and lateral load”, in Al-Azahar Engineering, Ninth International Conference. AEIC, 2007, pp. 53-64.
• [29] H.M.U. Aslam, Q.Z. Khan, A. Sami, and A. Raza, “Axial compressive behavior of damaged steel and GFRP bars reinforced concrete columns retrofitted with CFRP laminates”, Composite Structures, vol. 258, 2021, doi:10.1016/j.compstruct.2020.113206.
• [30] C. Jiang and Y.-F. Wu, “Axial Strength of Eccentrically Loaded FRP-Confined Short Concrete Columns”, Polymers (Basel), vol. 12, no. 6, 2020, doi:10.3390/polym12061261.
• [31] B. Hu, J. Wang, and G. Li, “Numerical simulation and strength models of FRP-wrapped reinforced concrete columns under eccentric loading”, Construction and Building Materials, vol. 25, no. 5, pp. 2751-2763, 2011, doi:10.1016/j.conbuildmat.2010.12.036.
• [32] Y. Kusumawardanigsih and M.N.S. Hadi, “Comparative behaviour of hollow columns confined with FRP composites”, Composite Structures, vol. 93, no. 1, pp. 198-205, 2010, doi:10.1016/j.compstruct.2010.05.020.
• [33] P. Szymczak, P. Olbryk, and M. Kamińska, “Pręty kompozytowe jako zbrojenie elementów betonowych obciążonych siłą podłużną i momentem zginającym”, Budownictwo i Architektura, vol. 13, no. 3, pp. 167-174, 2014.
• [34] J. Braun, “Glass fibre reinforced polymer bars in concrete compression members”, in Proceedings of the Second International Conference on Performance-based and Life-cycle Structural Engineering. Brisbane, QLD, Australia, 2015, pp. 1590-1599.
• [35] M. Włodarczyk, “Nośność elementów ściskanych zbrojonych prętami FRP. Wyniki badan doświadczalnych”, Autobusy: Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, vol. 19, no. 12, pp. 715-719, 2018, doi:10.24136/atest.2018.484.
• [36] M. Urbański and K. Protchenko, “Compression behaviour of BFRP bars”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 3, pp. 257-271, 2022, doi:10.24425/ace.2022.141884.
• [37] K. Protchenko, M. Salha, M. Urbański Marek, and P. Narloch, “Compressive Properties of BFRP and HFRP Bars”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 1015, pp. 1-10, 2021, doi:10.1088/1757-899X/1015/1/012091.
• [38] N. Elmessalami, A. Refai, and F. Abed, “Fiber-reinforced polymers bars for compression reinforcement: A promising alternative to steel bars”, Construction and Building Materials, vol. 209, pp. 725-737, 2019, doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.03.105.
• [39] H. Tobbi, A.S. Farghaly, and B. Benmokrane, “Concrete Columns Reinforced Longitudinally and Transversally with Glass Fiber-Reinforced Polymer Bars”, ACI Structural Journal, vol. 109, no. 4, 2012.
• [40] M. Włodarczyk and D. Trofimczuk, “Prediction of ultimate capacity of FRP reinforced concrete compression members”, in fib Symposium 2019: Concrete-Innovations in Materials, Design and Structures. Book for Abstracts for the 2019. Fib, 2019, pp. 395-396.
• [41] M. Lutomirska, A. Szwed, A.K. Łuszczyńska, and T.A. Lutomirski, “Resistance model for confined circular reinforced concrete columns under eccentric loads”, Archives of Civil Engineering, vol. 70, no. 4, pp. 631-647, 2024, doi:10.24425/ace.2024.151914.