Fatigue life of reinforced concrete beams under bending strengthened with composite materials

• Autorzy: Derkowski W.

Warianty tytułu

PL

Wpływ wzmocnienia zginanych belek żelbetowych materiałami kompozytowymi na ich trwałość zmęczeniową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present paper focuses on the problem of the durability of bent RC beams strengthened with composite materials, subjected to cyclic loading. The theoretical model of determining fatigue life of the cross-section of the bent reinforced concrete beam strengthened with external, non-stressed CFRP strips is presented. The author's own propos al is to introduce the coefficient ofthe strip position effect on each individual bar and a way of taking into account the energy absorbed by the strengthening. The energy causes a decrease in the velocity ofthe crack propagation in the rebar, and consequently, an increase in its durability. The theoretical model was verified in the experiments carried out on two series of reinforced concrete beams with different steel and strengthening ratios. For each group of the beams the value of fatigue load was matched to get similar stress in the tension bars.

PL

Stosowanie coraz dokładniejszych metod obliczeniowych, zbliżenie wartości wytrzymałości obliczeniowych do wartości naprężeń rzeczywiście występujących w najbardziej wytężonych przekrojach oraz zwiększający się udział zmiennych obciążeń (związanych z eksploatacją obiektu) w obciążeniach całkowitych sprawiają, że nośność zmęczeniowa oraz związana z nią trwałość nie mogą być pomijane w analizie pracy wielu konstrukcji - zagadnienie to szczególnie dotyczy obiektów mostowych. Niniejsza praca dotyczy zagadnienia zmęczenia belek żelbetowych wzmocnionych za pomocą materiałów kompozytowych. Zaproponowano w niej teoretyczny model określania trwałości zmęczeniowej zginanego przekroju żelbetowej belki wzmocnionej zewnętrznymi, nienaprężonymi taśmami z włókien węglowych. Autorskim rozwiązaniem jest zarówno wprowadzenie współczynnika wpływu położenia taśmy na poszczególne pręty zbrojenia zwykłego, jak i sposób uwzględniania energii przejmowanej przez wzmocnienie. Energia ta wpływa na zmniejszenie prędkości rozwoju pęknięcia w pręcie obciążonym cyklicznie, a więc na zwiększenie jego trwałości. Zaproponowany model teoretyczny został zweryfikowany doświadczalnie na dwóch seriach belek żelbetowych o różnych stopniach zbrojenia oraz wzmocnienia. Obciążenie cykliczne belek zaprogramowano, zakładając, że wytężenie rozciąganego zbrojenia zwykłego w danej grupie belek jest stałe. Na podstawie analizy przedstawionego modelu teoretycznego oraz wyników przeprowadzonych badań doświadczalnych można stwierdzić, że: ź wzmacnianie zginanych konstrukcji żelbetowych przez doklejenie do krawędzi rozciąganej taśm z włókien węglowych zwiększa ich trwałość zmęczeniową; ź zwiększenie trwałości zmęczeniowej przekroju normalnego żelbetowej belki wzmocnionej jest wynikiem zwiększenia trwałości prętów zbrojeniowych; . stopień wzmocnienia belki żelbetowej zależy od przekroju taśm zastosowanych do jej wzmocnienia oraz od lokalizacji tych taśm względem prętów zbrojeniowych belki; . uzyskano dużą zgodność wyników obliczeń według zaproponowanego modelu z wynikami badań doświadczalnych.

Słowa kluczowe

EN

fatique life; strengthening; composite; CFRP; reinforced concrete; model; research

PL

wytrzymałość materiałów; belka żelbetowa; materiały kompozytowe

• Wydawca: Springer ; Wrocław University of Science and Technology
• Czasopismo: Archives of Civil and Mechanical Engineering
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 6, no 4
• Strony: 31--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Derkowski W.

• Cracow University of Technology, ul. Warszawska 24,31-155 Kraków

Bibliografia

• [1] Derkowski W., Zych T.: Modern Composite Materials for Strengthening of Building Structures (in Polish), Czasopismo Techniczne Z. 14-B, Kraków, 2004, pp. 15-25.
• [2] Barnes R.A., Mays G.C.: Fatigue Performance of Concrete Beams Strengthened with CFRP Plates, Journal of Composites for Construction, 1999, No. 5, pp. 63-72.
• [3] Heffernan P.J.: Fatigue Behavior of Reinforced Concrete Beams Strengthened with CFRP Laminates, Royal Military College of Canada, Kingston, Ontario, 1997.
• [4] Derkowski W.: Fatigue Life of Bent RC Cross-Sections Strengthened with Caron Fiber Strips, Doctoral Thesis (in Polish), Cracow University of Technology, Cracow, 2005.
• [5] Externally Bonded FRP Reinforcement for RC Structures, FIB Bulletin, No. 14, July 2001.
• [6] Tepfers R., Kutti T.: Fatigue Strength of Plain, Ordinary, and Lightweight Concrete, Journal ACI, May 1979, 76(5).
• [7] Paris P., Erdogen F. A.: Critical analysis of crack propagation laws, Journal of Basic Engineering, Transactions of ASME, December 1963, D 85(4).
• [8] Salah El Din A.S., Lovegrove J.M.: Formation and Growth of Fatigue Cracks in Reinforcing Steel for Concrete, Fatigue of Engineering Materials and Structures, 1990, 3(4), pp. 315-323.
• [9] Salah El Din A.S., Lovegrove J.M.: Fatigue of Cold Worked Ribbed Reinforcing Bar, a Fracture Mechanics Approach, International Journal of Fatigue, January 1982, 4(1), pp. 15-26.
• [10] Kocańda S.: Fatigue Fracture of Metals (in Polish), Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1985.
• [11] Corley W.G. et al.: Fatigue of Steel and Concrete Structure, Background of American Design Procedure for Fatigue of Concrete, JABSE Coll., July 1991, Vol. 3, Lausanne.