A model of the moment curvature relation for RC beams strengthened with prestressed CFRP laminates

• Autorzy: Korentz J.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2019-0056

Warianty tytułu

PL

Model zależności moment - krzywizna dla belek żelbetowych wzmocnionych naprężonymi taśmami CFRP

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an analysis of the behaviour of bent reinforced concrete beams strengthened with CFRP laminates fixed with adhesive before and after unloading, and more importantly, an analysis of the work of reinforced concrete beams strengthened with pre-stressed CFRP laminates fixed with adhesive. The analyses were based on a moment-curvature model prepared by the author for reinforced concrete beams strengthened under load with pre-stressed CFRP laminates. The model was used to determine the effect of compression with CFRP laminates and their mechanical properties on the effectiveness of strengthening the reinforced concrete beams analysed in this study.

PL

Wzmocnienia konstrukcji dokonuje się w celu przywrócenia im pierwotnej nośności lub zwiększenia ich nośności ze względu na zmianę przeznaczenia obiektu, której towarzyszy wzrost obciążeń. Do wzmocnień konstrukcji żelbetowych najczęściej stosowane są taśmy z włókien węglowych CFRP. Stosowane są też pręty i kształtowniki stalowe, a także sploty. Możliwe jest też stosowanie taśm i mat z włókien szklanych GFRP i aramidowych AFRP. Są to materiały o bardzo różnych właściwościach mechanicznych. Pośród technik stosowanych podczas wzmacniania belek żelbetowych w strefie zginania można między innymi wymienić: zwiększanie wymiarów przekroju betonowego, zastosowanie dodatkowego zbrojenia rozciąganego, spajanie z kształtownikami stalowymi, doklejanie taśm FRP, wklejanie taśm FRP, zmiana schematu statycznego, a także wzmacnianie zbrojeniem aktywnym przez sprężenie. Jeżeli chodzi o metody wzmacniania belek żelbetowych to można wyróżnić: wzmacnianie przed obciążeniem, wzmacnianie pod obciążeniem, wzmacnianie po odciążeniu, sprężenie materiałami naprawczymi przez przyczepność lub bez przyczepności i sprężenie montażowe. Najwięcej dostępnych badań doświadczalnych poświęconych jest wzmocnieniom wykonywanym przed obciążeniem, badań doświadczalnych elementów wzmacnianych pod obciążeniem, elementów wzmacnianych po odciążeniu, czy też po jego sprężeniu materiałem naprawczym jest znacznie mniej. W praktyce mamy do czynienia z przypadkiem, gdy wzmacniamy istniejące elementy konstrukcyjne eksploatowane od wielu lat, które są już obciążone, a do tego występują już w nich deformacje trwałe. Różnica w zachowaniu się elementów konstrukcyjnych wzmacnianych przy zastosowaniu różnych materiałów naprawczych i wymienionych metod wzmocnienia jest istotna i powinna być uwzględniana w projektowaniu wzmocnień belek żelbetowych w strefie zginania. Znane są próby analitycznego i numerycznego ujęcia zachowania się belek żelbetowych wzmocnionych także naprężonymi taśmami CFRP, których celem jest możliwość racjonalnej oceny pracy elementów żelbetowych po wzmocnieniu. Jedną z metod oceny zachowania się elementów konstrukcyjnych są ścieżki równowagi statycznej. Znajomość ścieżek równowagi statycznej, zależności moment - krzywizna, dla różnych metod wzmocnienia może pozwolić na ich racjonalny wybór tak ażeby osiągnąć zamierzony cel dotyczący pracy wzmacnianego elementu dla projektowanego przeznaczenia obiektu. W artykule zaprezentowano model zależności moment-krzywizna dla przekroju belki żelbetowej wzmocnionej pod obciążeniem doraźnym przez sprężenie taśmami CFRP. W proponowanym modelu zależność moment - krzywizna wyróżnia się trzy fazy pracy: praca belki niezarysowanej, praca belki zarysowanej i praca belki po uplastycznieniu zbrojenia (Rys.1). W celu wyznaczenia modelu zależności moment - krzywizna przekroju żelbetowego wzmocnionego napiętymi taśmami kompozytowymi konieczne jest określenie współrzędnych charakterystycznych punktów tego modelu. Są one określone na podstawie modelu pracy belki żelbetowej i modelu pracy belki żelbetowej wzmocnionej przed obciążeniem. Proponowany model zilustrowano przykładem jego zastosowania w analizie zachowania się dwóch belek wzmocnionych dwoma rodzajami taśm CFRP (Rys.2).

Słowa kluczowe

EN

CFRP laminate; curvature; compression; bending moment; reinforced concrete beam; strengthening

PL

wzmacnianie; taśma CFRP; moment zginający; krzywizna; sprężenie; belka żelbetowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 65, nr 4
• Strony: 217--228
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., il.

Twórcy

autor

Korentz J.

• University of Zielona Góra, Faculty of Civil Engineering, Architecture and Environmental Engineering, Zielona Góra, Poland

Bibliografia

• 1. Achintha P.M.M., Burgoyone C.J., “Moment-curvature and strain energy of beams with external fiber-reinforced polymer reinforcement”, ACI Structural Journal, 106(1), pp. 20-29, 2009.
• 3. Bakis C.E., Bank L.C., Brown V.L., Cosenza E., Davalos J.F., Lesko J.J., Machida A., Rizkalla S.H., Triantafillou T.C., “Fiber-reinforced polymer composites for construction - State-of-the-arte review”, Journal of Composites for Construction 6(2), pp.73-87, 2002.
• 4. Biegus A., “Limit load capacity of steel bar structures” (in Polish), PWN, Warsaw, 1997.
• 5. “Externally bonded FRP reinforcement for RC structures”, Technical Report, Fib Bulletin, No 14, Lausanne, 2001.
• 6. Głodkowska W., Ruchwa M., “Static analysis of reinforced concrete beams strengthening with CFRP composites”, Archive of Civil Engineering, 56(2), pp.111-122, 2010.
• 7. Kamińska M.E., Kotynia R., “Experimental research on RC beams strengthened with CFRP strips”, Zeszyt 9, Wydawnictwo Katedry Budownictwa Betonowego Politechniki Łódzkiej, Łódź, 2000.
• 8. Korentz J., “Effectiveness technique of strengthening of reinforced concrete beams” (in Polish), Renowacja budynków i obszarów zabudowanych, t.5, pp.301-308, 2009.
• 9. Korentz J., “Moment - curvature relationship for strengthening reinforced concrete cross-section” (in Polish), Proceedings of the Conference Konstrukcje Zespolone, Poland, Zielona Góra, pp.117-124, 2011.
• 10. Korentz J., “Moment - curvature relationship for reinforced concrete beams, ductility assessment” (in Polish), Drogi Lądowe Powietrzne Wodne, 6, pp.23-30, 2010.
• 11. Korentz J., “A method for calculation the deflection of reinforced concrete beams strengthening with FRP” (in Polish), Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, 3/2011, pp.143-159, 2011.
• 12. Korentz J., “Static equilibrium paths for CFRP strengthened reinforced concrete beams” (in Polish), Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, XXXIV(64), pp.213-222, 2017.
• 13. Korentz J., “A model of the moment-curvature relationship for reinforced concrete beams strengthened under load”, Proceedings of the fib Symposium 2019: Concrete - Innovations in Materials, Design and Structures, Kraków, Poland, pp.842-848, 2019
• 14. Kotynia R., “Bond methods of strengthening reinforced concrete structures with pretensioned composite polymers”, Przegląd Budowlany, 7-8, pp.49-56, 2015.
• 15. Kotynia R., Przygocka M., Lasek K, “Preloading effect on strengthening efficiency of RC beams strengthened with pretensioned CFRP strips”, Konstrukcje betonowe i metalowe, Wydawnictwo Uczelniane UT-P w Bydgoszczy, pp.47-54, 2016.
• 16. Kotynia R., Kamińska M.E., “Ductility and failure mode of RC beams strengthened for flexure with CFRP”, Zeszyt 13, Wydawnictwo Katedry Budownictwa Betonowego Politechniki Łódzkiej, Łódź, 2003.
• 17. Łagoda M., “Element strengthening by stressed composite strip-an example of experimental investigation”, Archives of Civil Engineering, 50(4), pp.599-623, 2004.
• 18. Moein R.S., Tasnimi, A.A., “An analytical model for FRP debonding in strengthened RC beams under monotonic and cyclic loads”, International Journal of Concrete Structures and Materials, 10 (4), pp. 499-511, 2016.
• 19. Mota, C., Alminar, S. & Svecova, D., “Critical review of deflection formulas for FRP-RC members”, Journal of Composites for Construction, ASCE, 10(3), pp. 183-194, 2006.
• 20. Pelegrino C., Modena C., “Flexural strengthening of real-scale RC and PRC beams with and-anchored pretensioned FRP laminates”, ACI Structural Journal 106(3), pp.319-328, 2009.
• 21. Runkiewicz L., “Strengthening of reinforced concrete constructions” (in Polish), ITB, Warsaw, 2011.
• 22. Wang, W., Li, G., “Experimental study and analysis of RC beams strengthened with CFRP laminates under sustaining load”, International Journal of Solids and Structures, 43, pp. 1327-1387, 2005.
• 23. Weichen, X., Yuan T., Lei Z., “Flexural response prediction of reinforced concrete beams strengthening with presatressed CFRP plates”, Composite Stuctures, 92(3), pp. 612-622, 2010.
• 24. Seręga S., Kotynia R., Lasek K., “Computational analysis of RC beams strengthening with prestressed CFRP laminates” (in Polish), Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, XXXIII(63), pp.279-287, 2016.
• 25. Smith S.T., Teng J.G., “FRP-strengthened RC beams. I: review of debonding strength models”, Engineering Structures, 24, pp.385-395, 2002.
• 26. Urban T., “Strengthening of reinforced concrete constructions with traditional methods” (in Polish), PWN, Warsaw, 2015.

Uwagi

Błąd w numeracji bibliografii.