Analysis of reinforced concrete beams strengthened with near surface mounted FRP reinforcement

• Autorzy: Kotynia R.

Warianty tytułu

PL

Analiza żelbetowych belek wzmocnionych wklejanymi taśmami FRP

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Effective technology for increasing flexural capacity of reinforced concrete structures with near surface mounted (NSM) carbon fiber reinforced polymer (CFRP) reinforcement is presented in the paper. Flexural behavior of the strengthened beams and failure modes of tested beams are discussed. Parameters investigated include the thickness of a concrete cover and density of CFRP reinforcement. The test results indicated that application of the NSM CFRP strips significantly increased load bearing capacity and improved the stiffness of the beams. Failure of all members was resulted by increasing of deflections, crack widths and gradual loosing of adhesion of the CFRP strips to the concrete cover. This technique is more effective than externally bonded CFRP reinforcement, provided higher strength capacity and higher utilization of the strip. A non-linear model of reinforced concrete members was used for analysis. The calculated results correspond to the test results over the entire range of loads.

PL

Omówiono efektywny sposób wzmacniania konstrukcji żelbetowych przy użyciu taśm węglowych (CFRP), wklejanych w betonową otulinę. Analizowane są zachowania zginanych belek po wzmocnieniu oraz sposoby ich zniszczenia. Jako parametry zmienne przyjęto grubość betonowej otuliny i stopień zbrojenia kompozytowego. Wyniki badań wykazały znaczący wzrost nośności na zginanie oraz sztywności po zarysowaniu. Narastające ugięcia i szerokość rozwarcia rys były przyczyną stopniowej utraty przyczepności taśm CFRP do betonowej otuliny. Taki sposób wzmocnienia okazał się bardziej efektywny niż wzmacnianie taśmami przyklejanymi na rozciąganej powierzchni tych elementów i to zarówno w aspekcie ich nośności, jak i stopnia wykorzystania wytrzymałości kompozytu na rozciąganie. Do odspojenia wklejonych taśm dochodzi przy odkształceniach rzędu 54-80% ich wytrzymałości. Taśmy bardzo dobrze współpracują z betonem w przenoszeniu obciążeń. Do analizy obliczeniowej zastosowano nieliniowy model żelbetowych elementów prętowych. Z obliczeń wynika, że przyjęty model bardzo dobrze opisuje zachowanie się wzmocnionych elementów w całym zakresie obciążeń. Taka zgodność skłania do wykonania komputerowych symulacji efektów wzmocnienia przy uwzględnieniu różnych parametrów zmiennych, takich jak: wstępne wytężenie elementu przed wzmocnieniem, stopień zbrojenia stalą, stopień zbrojenia taśmami CFRP, wytrzymałość betonu i rodzaj użytego kompozytu.

Słowa kluczowe

EN

near surface mounted CFRP strips; concrete structures; stiffness; ultimate load

PL

belka żelbetowa; taśma wklejana; CFRP; wzmocnienie; sztywność; obciążenie niszczące

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 52, nr 2
• Strony: 305--317
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., il.

Twórcy

autor

Kotynia R.

• Department of Concrete Structures, University of Technology, Łódź,

Bibliografia

• 1. U. MEIER, M. DEURING, H. MEIER, G. SCHWEGLER, Strengthening of structures with CFRP laminates: Research and applications in Switzerland, Proc. of the Advanced Composite Materials in Bridges and Structures, CSCE, 243-251, Sherbrooke 1995.
• 2. U. NEUBAUER, F. ROSTASY, Design aspects of concrete structures strengthened with externally bonded CFRP-Plates, Proc. 7 Int. Conf. on Structural Faults and Repairs, 109-118, 1997.
• 3. J. G. TENG, S. SMITH, FRP-Strengthened RC Beams. I: Review of debonding strength models, Engineering Structures, 24, 385-395, 2002.
• 4. R. KOTYNIA, Ductility and load capacity of reinforced concrete members strengthened with CFRP strips, Ph.D. Dissertation, Department of Civil Engineering, Architecture and Environmental Engineering, Łódź University of Technology, 215, 1999.
• 5. R. KOTYNIA, M. E. KAMIŃSKA, Ductility and failure mode of RC beams strengthened for flexure with CFRP [in Polish], Report No. 13, Department of Concrete Structures, Łódź University of Technology, ISSN 1230-6010, 51, 2003.
• 6. M. BLASCHKO, Zum Tragverhalten von Betonbauteilen mit in Schlitze eingeklebten CFK-Lamellen, Ph.D. Dissertation, Technische Universitat Munchen, 187, 2001.
• 7. L. DE LORENZIS, A. NANNI, A bond between near-surface mounted FRP rods and concrete in structural strengthening, ACI Structural Journal, 99, 2, 123-132, 2001.
• 8. R. EL-HACHA, S. RIZKALLA, Near-surface-mounted fiber-reinforced polymer reinforcements for flexural strengthening of concrete Structures, ACI Structural Journal, 101, 5, 717-726, 2004.
• 9. B. TÄLJSTEN, CFRP-Strengthened-Concrete Structures strengthened with near surface mounted CFRP laminates, Proc. 3 Int. Conf. on Composites in Infrastructure, 10-12, San Francisco, 2002.
• 10. A. CZKWIANIANC, M. E. KAMIŃSKA, Method of nonlinear analysis of one-dimensional reinforced concrete members [in Polish], Proceedings of KILiW PAN IPPT, 36, 130, Warszawa 1993.
• 11. R. KOTYNIA, Limitations of flexural strengthening of RC beams by bonded CFRP strips, Proc. 4 Int. Conf. on Advanced Composite Materials in Bridges and Structures, CD, Calgary 2004.
• 12. R. KOTYNIA, I. STOECKLIN, U. MEIER, Analysis of prestressed and gradually anchored CFRP strips for strengthening concrete Structures, Proc. 5 Int. Conf. Analytical Models and New Concepts In Concrete and Masonry Structures, 75-76, Gliwice-Ustroń 2005.