Analysis of shear capacity of GFRP reinforced beams without stirrups according to selected design standards

• Autorzy: Kaszubska M. , Kotynia R.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.135245

Warianty tytułu

PL

Analiza nośności na ścinanie belek zbrojonych prętami GFRP bez strzemion według wybranych wytycznych normowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this paper is a comparative analysis of the experimental test results of twenty T-section beams reinforced with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars without stirrups with predicted values of the shear capacity according to the following design guidelines: draft Eurocode 2, Japanese JSCE, American ACI 440, Italian CNR- DT-203/2006, British BS according to fib Bulletin 40, Canadian CSA-S806-12 and ISIS-M03-07. Standard procedures for FRP reinforced beams based on traditional steel reinforced concrete guidelines. The longitudinal FRP reinforcement has been taken into account by its stiffness reduction related to the steel reinforcement. A basis of this modification is the assumption that the FRP-to-concrete bond behaviour is the same as it is for steel reinforcement. To assess the compatibility of predicted values (Vcal) with the experimental shear forces (Vtest) the safety coefficient η = Vtest/ Vcal was used. The results corresponding to values η < 1 indicates overestimation of the shear capacity, but η > 1 means that shear load capacity is underestimated. The most conservative results of the calculated shear capacity are obtained from the ACI 440 standard. In contrast to them the best compatibility of the calculated shear values to the experimental ones indicated British BS standard, fib Bulletin 40 and Canadian CSA-S806-12 standard.

PL

Obecnie w sektorze budowlanym duży nacisk jest kładziony na trwałość i niskie koszty utrzymania nowych konstrukcji wykonanych z betonu. Materiałami, które wpisują się w tę ideę są kompozyty polimerowe (FRP). Konstrukcje betonowe zbrojone prętami kompozytowymi są odporne na korozję, co zapewnia im większą trwałość w czasie eksploatacji. Coraz szersze zastosowanie zbrojenia kompozytowego w badaniach oraz rzeczywistych aplikacjach w powstających konstrukcjach wymaga wprowadzenia odpowiednich procedur normowych, które rozwijane są na bazie wytycznych dla konstrukcji żelbetowych. Procedury projektowe dla elementów zbrojonych prętami FRP uwzględniają redukcję sztywności w zbrojeniu kompozytowym w porównaniu do zbrojenia stalowego. Podstawą tej modyfikacji jest założenie, że przyczepność zbrojenia FRP do betonu jest taka sama jak stali. Nośność na ścinanie w większości przypadków jest zatem obliczana zgodnie z zasadami jak dla elementów żelbetowych z uwzględnieniem różnic w wartości modułu sprężystości zbrojenia FRP i stali. Analiza wybranych procedur normowych została przeprowadzona na 16 jednoprzęsłowych, wolnopodpartych belkach teowych o rozpiętości 1,8 m, poddanych obciążeniu siłą skupioną. Smukłość ścinania (a/d) wynosiła około 3.0. Belki zbrojono podłużnymi prętami GFRP o średnicach 12 mm, 16 mm i 18 mm. Pręty wykonano jako proste i zakotwiono w stalowych skrzynkach wypełnionych zaprawą klejową. Zbrojenie górne złożone było z dwóch prętów prostych o średnicy 10 mm. Na całej odległości badanej strefy przypodporowej nie zastosowano zbrojenia poprzecznego, podczas gdy przeciwległą strefę zabezpieczono przed zniszczeniem na ścinanie poprzez zastosowanie silnego zbrojenia poprzecznego które stanowiły stalowe strzemiona z prętów o nominalnej średnicy 8 mm w rozstawie 130 mm i 150 mm oraz stalowe pręty odgięte o średnicy 14 mm. Belki wykonano z gotowej mieszanki betonowej dostarczonej z lokalnej wytwórni betonu. Maksymalna średnica zastosowanego kruszywa wynosiła 8 mm. Średni moduł sprężystości uzyskany w badaniach prętów GFRP był równy 50.5 GPa (COV=1.6%) zaś maksymalna wytrzymałość na rozciąganie wynosiła 1071 MPa (COV=11.6%). Belki oparto na przegubowych podporach, z których jedna, położona po stronie badanego odcinka ścinania była przesuwna. Wszystkie elementy zostały zniszczone w sposób ścinająco – rozciągający. Pierwsza rysa od zginania pojawiała się w środkowej części belki. Następnie wraz ze wzrostem obciążenia rozwijały się rysy od zginania, a w strefie podporowej pojawiała się rysa ukośna.

Słowa kluczowe

EN

shear capacity; GFRP reinforcement; concrete beam; standard procedure

PL

nośność na ścinanie; zbrojenie GFRP; belka betonowa; wytyczne normowe; procedura projektowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 4
• Strony: 689--702
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kaszubska M.

• Lodz University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Łódź, Poland

autor

Kotynia R.

• Lodz University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Łódź, Poland

Bibliografia

• 1. ACI 440.1R-15, Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars. 2015, p. 88.
• 2. BS EN 1992-1-1, Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1 : General rules and rules for buildings, vol. 1, no. 2004. 2004, p. 230.
• 3. CAN/CSA-S806-12, Design and construction of building structures with fibre-reinforced polymers. 2012, p. 206.
• 4. CEN, CEN/TC 250/SC 2/WG 1/TG 1 N 110 Draft Reinforcing With FRP, 2017.
• 5. CNR-DT-203/2006, Guide for the design and construction of concrete structures reinforced with fiber-reinforced polymer bars. Rome, 2006.
• 6. FIB Task Group 9.3, FRP reinforcement in RC structures, Bulletin No. 40. 2007, p. 160.
• 7. ISIS-M03-07, Reinforcing concrete structures with fiber reinforced polymers. Canadian network of centers of excellence on intelligent sensing for innovative structures, Winnipeg, 2007.
• 8. JSCE, Recommendation for design and construction of concrete structures using continuous fiber reinforcing materials, vol. 23. 1997.
• 9. M. Kaszubska, R. Kotynia, J. A. O. Barros, H. Baghi, "Shear behavior of concrete beams reinforced exclusively with longitudinal glass fiber reinforced polymer bars: Experimental research", Structural Concrete, 9(1): 152-161, 2018.
• 10. R. Kotynia, M. Kaszubska, "Research of the flexural reinforcement effect on the shear strength of concrete beams without transverse reinforcement". Report no 23, 164p. Series: Experimental research on concrete elements and structures. Department of Concrete Structures, Lodz University of Technology, Poland Lodz 2020. Publication under patronage of Concrete Structures Section of the Civil Engineering Committee, Polish Academy of Science.
• 11. N. J. Steven, S. M. Uzumeri, G. T. Will., and others, "Constitutive model for reinforced concrete finite element analysis", Structural Journal, 88(1): 49-59, 1991.
• 12. A. K. Tureyen, R. J. Frosch, "Shear tests of FRP-reinforced concrete beams without stirrups", ACI Structural Journal 99 (4): 427-434, 2002.
• 13. F. Vecchio, "Reinforced Concrete Membrane Element Formulations", Journal Structural Engineering, 116(3): 730-750, 1990.
• 14. Y. Yang, "Shear behaviour of reinforced concrete members without shear reinforcement, a new look at an old problem". PhD thesis, Delft University of Technology, 2014.