Research on fatigue life of lightweight concrete bridge decks reinforced with GFRP composite rebars

• Autorzy: Wiater Agnieszka , Siwowski Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.024.008

Warianty tytułu

PL

Badania zmęczeniowe płyt pomostowych z betonu lekkiego zbrojonych prętami kompozytowymi GFRP

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Concrete deck slabs made of lightweight concrete (LWC) and reinforced with composite bars (FRP) are an advantageous alternative to conventional reinforced concrete slabs, especially when retrofitting existing bridges. One of the critical limit states determining the possibility of using LWC/FRP slabs in road bridge decks is fatigue life. This paper presents the results of research in the field of fatigue life of such decks. A total of nine full-size concrete slabs measuring 3.0 m × 1.0 m × 0.18 m were tested. The main parameters of the slabs compared in the study were: type of concrete (light vs. ordinary), reinforcement ratio of the slabs and the level of fatigue load. The results of fatigue tests were analysed based on crack morphology analysis and slab deflection as well as fatigue life and failure form evaluation. Design procedures adopted in selected standards were also verified to assess the fatigue life of such decks.

PL

Betonowe płyty pomostowe wykonane z betonu lekkiego (LWC) i zbrojone prętami kompozytowymi (FRP) stanowią korzystną alternatywę dla konwencjonalnych płyt żelbetowych, w szczególności przy modernizacji istniejących mostów. Jednym z krytycznych stanów granicznych warunkujących możliwość zastosowania płyt LWC/FRP w pomostach mostów drogowych jest nośność zmęczeniowa. Niniejsza praca przedstawia wyniki badań w zakresie nośności zmęczeniowej takich płyt. Badaniom poddano łącznie dziewięć pełnowymiarowych płyt betonowych o wymiarach 3,0 m × 1,0 m × 0,18 m. Głównymi parametrami płyt porównywanymi w badaniach były: rodzaj betonu (lekki vs. zwykły), stopień zbrojenia płyt oraz poziom obciążenia zmęczeniowego. Wyniki badań zmęczeniowych przeanalizowano w oparciu o analizę stanu zarysowania i ugięcia płyt oraz ocenę liczby cykli zmęczeniowych i postaci zniszczenia. Zweryfikowano także procedury projektowe przyjęte w wybranych normach.

Słowa kluczowe

EN

composite reinforcement; deck slab; fatigue life; lightweight concrete

PL

beton lekki; nośność zmęczeniowa; płyty pomostowe; zbrojenie kompozytowe

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 23, no. 2
• Strony: 155--178
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wiater Agnieszka

• Rzeszow University of Technology, The Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Roads and Bridges Department, Poznańska 2 St., 35-084 Rzeszow Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5559-3841

autor

Siwowski Tomasz

• Rzeszow University of Technology, The Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Roads and Bridges Department, Poznańska 2 St., 35-084 Rzeszow Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2003-000X

Bibliografia

• [1] Siwowski T.: Pomosty drogowe. Część I. Autostrady, 10, 2006, 30-38
• [2] Siwowski T.: Pomosty drogowe. Część II. Autostra¬dy, 11, 2006, 67-72
• [3] Stewart M.G., Estes A.C., Frangopol D.M.: Bridge deck replacement for minimum expected cost under multiple reliability constraints. Journal of Structural Engineering, 130, 9, 2004, 1414-1419, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2004)130:9(1414)
• [4] Wiater A., Rajchel M., Siwowski T.: Badania płyt pomostu z betonu lekkiego zbrojonych prętami kompozytowymi GRFP. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, XXXII, 62 (4/15), 2015, 469-492, DOI: 10.7862/rb.2015.211
• [5] Wiater A., Siwowski T.: Lightweight concrete bridge deck slabs reinforced with GFRP composite bars. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 16, 4, 2017, 279-293, DOI: 10.7409/rabdim.017.018
• [6] Liu R., Pantelides C.P.: Shear strength of GFRP reinforced precast lightweight concrete panels. Construction and Building Materials, 48, 2013, 51-58, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.06.057
• [7] Pantelides C.P., Besser B.T., Liu R.: One-way shear behavior of lightweight concrete panels reinforced with GFRP bars. Journal of Composite Constru¬ction, 16, 1, 2012, 2-9, DOI: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000240
• [8] Wiater A., Siwowski T.: Nośność na ścinanie zginanych elementów betonowych zbrojonych prętami kompozytowymi FRP w świetle wybranych procedur obliczeniowych. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, XXXIV, 64 (2/II/17), 2017, 267-297, DOI: 10.7862/rb.2017.98
• [9] Wiater A., Siwowski T.: Serviceability and ultimate behaviour of GFRP reinforced lightweight concrete slabs: Experimental test versus code prediction. Composite Structures, 239, 2020, 112020, DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.112020
• [10] El-Ragaby A., EL-Salakawy E., Benmokrane B.: Fatigue analysis of concrete bridge deck slab reinforced with E-glass/vinyl ester FRP reinforcing bars. Composites Part B: Engineering, 38, 5-6, 2007, 703-711, DOI: 10.1016/j.compositesb.2006.07.012
• [11] Carvelli V., Pisani M.A., Poggi C.: Fatigue behaviour of concrete bridge deck slabs reinforced with GFRP bars. Composites Part B: Engineering, 41, 2010, 560-567, DOI: 10.1016/j.compositesb.2010.06.006
• [12] PN-EN 1992-2:2010 Eurokod 2. Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 2: Mosty z betonu – Obliczanie i reguły konstrukcyjne
• [13] Sivagamasundari R., Kumaran G.: Experimental study on the behaviour of concrete one way slabs reinforced with GFRP reinforcements under constant and variable amplitude repeated loadings. Interna¬tional Journal of Civil and Structural Engineering, 2, 2, 2011, 556-578
• [14] You Y.J., Kim J.H.J., Park Y.H., Choi J.H.: Fatigue Performance of Bridge Deck Reinforced with Cost-to-Performance Optimized GFRP rebar with 900 MPa Guaranteed Tensile Strength. Journal of Advanced Concrete Technology, 13, 5, 2015, 252-262, DOI: 10.3151/jact.13.252
• [15] Mai G., Li L., Chen X., Xiong Z., Liang J., Zou X., Qiu Y., Qiao S., Liang D., Liu F.: Fatigue performance of basalt fibre-reinforced polymer bar-reinforced sea sand concrete slabs. Journal of Materials Research and Technology, 22, 2023, 706-727, DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.11.135
• [16] American Concrete Institute (ACI): ACI 440.1R-15. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Bars, Farmington Hills, 2015
• [17] American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO): AASHTO LRFD Bridge Design Guide Specifications for GFRP-Reinforced Concrete. 2nd edition, Washington, 2018
• [18] PN-EN 12390-3:2011 Badania betonu. Wytrzymałość na ściskanie próbek do badania
• [19] PN-EN 12390-1:2013-03 Badania betonu. Kształt, wymiary i inne wymagania dotyczące próbek do badań i form
• [20] PN-EN 12390-2:2011 Badania betonu. Wykonanie i pielęgnacja próbek do badań wytrzymałościowych
• [21] PN-EN 12390-7:2011 Badania betonu. Gęstość betonu
• [22] ISO 10406-1:2015 Fibre-reinforced polymer (FRP) reinforcement of concrete. Test methods. FRP bars and grids
• [23] PN-EN 1991-2:2007 Eurokod 1. Oddziaływania na konstrukcję – Część 2: Obciążenia ruchome mostów