Comparison of behaviour of concrete beams with passive and active strengthening by means of CFRP strips

• Autorzy: Kałuża, M. , Ajdukiewicz, A.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Since late 1980s in concrete structures the new repair technique based on externally bonded CFRP materials has been used. These materials are characterised by high efficiency and reliability. Applications of these materials were required because of the appearance of problems of insufficient load-bearing capacity of concrete structures, particularly at bending or shear. Presently, strengthening with CFRP composites can be considered as being passive or active. Pretensioning of such composites, mostly the CFRP strips, is relatively new strengthening method, which allows for more effective utilization of mechanical properties of the CFRP, particularly strength and deformability of this composites. The experimental tests on six large-scale reinforced concrete beams, with cross-sections of 0.25×0.50 m and 8.0 m long, were undertaken. The main aim of the tests was the analysis of the efficiency of three detailed methods used for strengthening of reinforced concrete beams by means of CFRP strips used as passive or active external reinforcement. The elements differed each other in the fixing of free ends of the CFRP strip, and in pre-tensioned strips - with the intensity of prestressing. All other factors in tests could be considered as invariable. The test was focused on the serviceability aspects of the behaviour of elements, i.e. flexural stiffness of elements, resistance against cracking and pattern of cracks, as well as determination o actual strains in CFRP strips, steel reinforcement and on concrete surfaces. Finally, the increase of loadcapacity of the strengthened beams and the mode of failure has been recorded. The test results allowed for formulation of some general conclusions concerning the effectiveness of passive and active strengthening of concrete beams by means of CFRP strips.

PL

Od końca lat 1980-tych stosowano nową technologię naprawczą, bazującą na zewnętrznie dołączanych materiałach CFRP (polimerach wzmocnionych włóknami węglowymi). Materiały te charakteryzują się wysoką skutecznością i niezawodnością. Zastosowania takich materiałów były wymagane wskutek występowania problemów z niewystarczającą nośnością konstrukcji betonowych, zwłaszcza przy zginaniu i ścinaniu. Wzmacnianie za pomocą kompozytów CFRP może być obecnie rozważane jako pasywne lub aktywne. Wstępny naciąg takich kompozytów, głównie taśm CFRP, stanowi stosunkowo nową metodę wzmacniania, która pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie właściwości mechanicznych CFRP, szczególnie wytrzymałości i odkształcalności tych kompozytów. Zostały podjęte badania eksperymentalne sześciu belek żelbetowych w dużej skali, o przekroju 0.25×0.50 m i o długości 8.0 m. Głównym celem tych badań była analiza skuteczności trzech szczegółowych metod stosowanych do belek żelbetowych za pomocą taśm CFRP, stanowiących pasywne lub aktywne zbrojenie zewnętrzne. Elementy różniły się między sobą zamocowaniem końców taśm, a w taśmach wstępnie naciąganych - intensywnością sprężenia. Wszystkie pozostałe czynniki w badaniach mogą być uznane jako niezmienne. Badania były ukierunkowane na zachowanie się elementów w aspekcie użytkowalności, to jest sztywności zginania, rysoodporności i rozkładu rys, jak również na określenie rzeczywistych odkształceń taśm CFRP, zbrojenia stalowego i powierzchni betonu. Ostatecznie, rejestrowane były przyrosty nośności we wzmocnionych belkach oraz postać zniszczenia. Wyniki badań pozwoliły na sformułowanie pewnych ogólnych wniosków w odniesieniu do efektywności pasywnego lub aktywnego wzmacniania belek żelbetowych za pomocą taśm CFRP.

Słowa kluczowe

PL

taśmy CFRP; struktura betonu

EN

applications of CFRP; concrete structures; prestressing; external strengthening

• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 1, no. 2
• Strony: 51-64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Kałuża, M.

autor

Ajdukiewicz, A.

• Faculty of Civil Engineering, The Silesian University of Technology, Akademicka 5, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Kajfasz S.; Concrete beams with reinforcement bonded by gluing. Colloque RILEM Synthetic resins in building construction, Paryż 1967, Wyd. Eyrolles, 1970, t. 2, pp. 142-151
• [2] Kuś 5.; Belki betonowe ze zbrojeniem zewnętrznym współpracującym przez przyklejanie (Concrete beams with external reinforcement cooperating by gluing). Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Krynica, 1967 (in Polish), 257-266.
• [3] Ajdukiewicz A.; Nowoczesne metody wzmacniania konstrukcji żelbetowych i sprężonych (Modern methods of strengthening of reinforced-concrete and prestressed- concrete structures). Proc. XX Conference "Awarie Budowlane", Szczecin-Międzyzdroje, 2001; pp. 185-204 (in Polish).
• [4] fib Bulletin 14; Triafantafillou T. et al.; Externally bonded FRP reinforcement for. RC structures. International Federation for Structural Concrete (fib), Lausanne, July 2001.
• [5] Hollaway L., Leeming M.; Strengthening of Reinforced Concrete Structures Using Externallybonded FRP Composites in Structural and Civil Engineering. Woodhead Publishing, March 1999.
• [6] Czarnecki L., Emmons P.; Naprawa i ochrona konstrukcji betonowych (Repair and protection of concrete structures). Polski Cement, Kraków, 2002 (in Polish).
• [7] Bartosik T., Kałuża M.; Wzmacnianie konstrukcji z betonu materiałami na bazie włókien węglowych, szklanych i aramidowych. Rodzaje produktów, zasady projektowania, technologia wykonania i kontrola jakości robót (Strengthening of concrete structures by means of materials based on carbon, glass and aramid fibers. Type of products, design rules, technology of application and quality control). Proc. XXI Workshop of Structural Designers, Szczyrk, 2006 (in Polish), pp. 1-36.
• [8] Triantafillou T., Deskovic N., Dewing M.;Strengthening of Concrete Structures with Prestressed Fiber Reinforced Plastic Sheets. ACI Structural Journal, Vol.89, No.3,1992; pp. 235-244.
• [9] Suter R., Jungo D.; Vorgespannte CFK-Lamellen zur Verstärkung von Bauwerken (Prestressed CFRP plates for strengthening of structures). Beton- und Stahlbetonbau, Vol.96, No.5, 2001; pp. 350-358. (in German)
• [10] Deuring, M.; Verstärken von Stahlbeton mit gespannten Faserverbundwerkstoffen (Strengthening of concrete structure by means of prestressed FRP laminates), Bericht Nr. 224, EMPA Dübendorf, Switzerland, 1993. (in German)
• [11] Kałuża M.; Influence of different CFRP strengthening systems on the behaviour of existing concrete elements subjected to bending, 6th International PhD Symposium in Civil Engineering, Zurich, Switzerland, 2006.
• [12] Meier, U., Stöcklin, L; Advanced solutions for post-strengthening with carbon-fiber-reinforced polymers (CFRP), Proc. 1s t /zö-Congress, Osaka, 2002, pp. 48-50.
• [13] Kałuża M.; Wybrane problemy wzmacniania konstrukcji żelbetowych sprężonymi taśmami z włókien węglowych (Selected Problems of Strengthening of RC-Structures Using Prestressed Carbon-Fiber- Reinforced Strips). Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej z.102, Gliwice 2004; pp. 193-200 (in Polish).
• [14] Łagoda M.; Wzmacnianie mostów przez doklejenie elementów (Strengthening of the brigdes by means of glued elements). Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej - 2005 r. Inżynieria Lądowa: Monografia: 322 (in Polish).
• [15] Kałuża M. Wzmacnianie zginanych elementów żelbetowych za pomocą sprężających taśm z włókien węglowych o różnej intensywności naciągu (Strengthening of the concrete members subjected to bending by means of prestressing CFRP strips with different intensity of the pre-tensioning) Doctoral Thesis (supervisor A. Ajdukiewicz), The Silesan University of Technology, Gliwice, 2006 (in Polish).
• [16] Suter R.; Strengthening of Structures using Prestressed CFRP Strips. Special Contribution to the 1s t International Congress jzö - Structural Concrete in Switzerland, Osaka, 2002, pp. 51-55.
• [17] Tan K, Tumialan G, Nanni A.; Evolution of Externally Bonded CFRP Systems for the Strengthening of RC Slabs, Proc. FRPRCS-6, Singapore, 2003.
• [18] Garden H, Hollaway L.C.; An experimental study of the failure modes of reinforced concrete beams strengthened with prestressed carbon plates. Composites Science and Technology, Part B 29B, 1998, pp. 411-424.
• [19] Garden, H.N., Quantrill R.J., Hollaway L.C., Thome A.M., Parke G.A.R.; An experimental study on the anchorage length of carbon fibre composite plates used to strengthen reinforced concrete beams, Construction and Building Materials, V.42, n.2, June, pp. 175-188.
• [20] Shang S., Zou P. X. W., PengH, WangH:, Avoiding debonding in strengthened reinforced concrete beams using prestressing techniques. Proc. Int. Symposium on Bond Behaviour of FRP in Structures (BBFS), 2005, pp. 321-327.
• [21] Stöcklin I., Meier U.; Strengthening of Concrete Structures with Prestressed and Gradually Anchored CFRP Strips. Proc. FRPRCS-6, Singapore, 2003, pp.1321-1330.
• [22] Schwegler G.; Vorgespannte CFK-Lamellen mit kompakten Endverankerungen. CFK in Bauwesen - heute Realität (Prestressed CFRP strips with anchorages. CFRP in construction industry - today reality), Festschrift zum 60. Geburstag von Professor Urs Meier, EMPA-Akademie, 2003 (in German).