CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The reinforced concrete structures, when properly designed and performed, have prolonged its life. However, the lack of proper maintenance, acting loads greater than the design ones, pathological manifestations due to aggressive environment and accidents can impair the performance of the structure requiring the need for repair or structural strengthening. The technique of structural strengthening with application of carbon fiber reinforced polymer (CFRP), bonded externally to the reinforced concrete has advantages such as fast execution, which added to the characteristics of the composite as a high modulus of elasticity make wide its use. The aim of this study is to analyze through an experimental program the structural behavior of reinforced concrete beams strengthened in bending with CFRP. The methodology used was the production of three groups of five RC beams each one, with the same dimension of rectangular cross section, for bending test. The first group of beams was called VA. The second and third groups, called VB and VC and had different ratio of reinforcement. In each group of five beams, one beam was not strengthened (reference beam) and the remaining beams were strengthened with two, three, four and five layers of carbon fiber. The experimental results indicate the efficiency of strengthening, noting an increase in stiffness in all strengthened beams. The increase of load capacity was also observed in all groups of beams varying between 9,11% and 16,69%, 55,14% and 86,83%, 89,46% and 126,18%, of the beams of group VA, VB and VC, respectively in relation to the reference beam of each group. Of the carried through study was observed the excellent performance of strengthening in bending with carbon fiber especially in beams with the lowest ratios of reinforcement (group C), besides gathering a lot of information that can be useful for design criteria of the recovered and strengthened structures. / As estruturas de concreto armado, quando convenientemente projetadas e executadas tÃm sua vida Ãtil prolongada, porÃm, a falta de manutenÃÃo adequada, as solicitaÃÃes de cargas superiores Ãs de projeto, as manifestaÃÃes patolÃgicas devido ao meio ambiente agressivo e a ocorrÃncia de acidentes podem comprometer o desempenho da estrutura exigindo a necessidade de uma recuperaÃÃo ou reforÃo estrutural. A tÃcnica de reforÃo estrutural com a aplicaÃÃo de polÃmeros reforÃados com fibra de carbono (PRFC) colados externamente a peÃas de concreto armado apresenta vantagens como a rÃpida execuÃÃo que, somada a caracterÃsticas do compÃsito como alto mÃdulo de elasticidade fazem largo o seu uso. O objetivo desse trabalho à analisar atravÃs de um programa experimental o comportamento estrutural de vigas de concreto armado reforÃadas à flexÃo com PRFC. A metodologia utilizada foi a produÃÃo de trÃs grupos de vigas de concreto armado, com a mesma dimensÃo de seÃÃo transversal retangular para ensaio à flexÃo. O primeiro grupo, denominado grupo VA, foi dimensionado com seÃÃo normalmente armada. O segundo e terceiro grupo de vigas, aqui denominados grupo VB e grupo VC, respectivamente, foram dimensionados com seÃÃo subarmada, com taxas de armaduras distintas. Cada grupo possuÃa cinco vigas, sendo que, uma viga nÃo foi reforÃada (de referÃncia) e as demais vigas foram reforÃadas com duas, trÃs, quatro e cinco camadas de fibra de carbono. Os ensaios experimentais comprovaram a eficiÃncia do reforÃo, constatando-se um aumento de rigidez de todas as vigas reforÃadas. Observou-se tambÃm o aumento da capacidade resistente em todos os grupos de vigas, variando entre 9,11% e 16,69%, 55,14% e 86,83%, 89,46% e 126,18%, das vigas dos grupos VA, VB e VC, respectivamente, em relaÃÃo à viga de referÃncia de cada grupo. O estudo demonstrou o excelente desempenho do reforÃo à flexÃo com fibra de carbono, especialmente nas vigas com menores taxas de armadura (grupo VC), alÃm de reunir uma sÃrie de informaÃÃes que podem ser Ãteis para critÃrios de projeto de estruturas recuperadas e reforÃadas.

Recently, the use of Mechanically Fastened Fiber-Reinforced Polymer (MF-FRP) systems has emerged as a viable means for flexural strengthening of reinforced concrete members. The technique is suitable for emergency repairs where constructability and speed of installation are critical requirements. The MF-FRP system consists of pre-cured FRP laminates with enhanced longitudinal bearing strength that are attached to the concrete substrate by means of mechanical steel anchors. This research project presents an experimental investigation comprising a series of flexural tests on scaled one-way RC slabs. The test matrix includes MF-FRP strengthened specimens, a counterpart with the externally bonded (EB) FRP reinforcement, and a control specimen. The effects of fastener layout and laminate length on strength increase and failure mode were studied. It is shown that with proper selection of fastener layout the MF-FRP system results in a significant deformability and strength increase, where the latter is comparable to that attained using EB-FRP sheets. Specific gaps on the existing analytical procedures for flexural strengthening with MF-FRP systems are finally discussed.

Doctor of Philosophy / Department of Civil Engineering / Hayder A. Rasheed / The use of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) anchors can improve the performance of reinforced concrete (RC) beams strengthened in flexure with CFRP sheets. This improvement results from delaying or controlling the debonding of FRP sheets at failure. In this research, six full-scale T beams and six full-scale rectangular beams are prepared and tested as two separate series. All the specimens are strengthened identically using three layers of unidirectional CFRP sheets and one layer of bidirectional CFRP sheet. The first strengthened beam in each series is anchored with side GFRP bars inserted longitudinally to both sides of the beam. The second strengthened beam in each series is anchored with GFRP patches applied to both sides of the beam. CFRP spike anchors are utilized for the other beams in the two series. The third beam in each series is secured with CFRP spike anchors of 16 mm diameter at 140 mm spacing along the shear span. The fourth strengthened beam in each series is anchored with CFRP spike anchors of 19 mm diameter at 203 mm spacing along the shear span. Four CFRP anchors are applied to each shear span of the fifth beam in each series with 16 mm- diameter (spaced at 406 mm) to secure the flexural CFRP sheets. An end CFRP anchorage technique is considered for the last beam in each series, which includes installing one CFRP spike anchor placed at 76 mm from the free edge of CFRP sheets. The beams were tested under four-point bending until failure and the results for each series are evaluated. In addition, the outcome is compared with other anchorage techniques that have been examined by some researchers utilizing the same beam geometry and properties. The experimental testing and nonlinear analysis showed improvement in the flexural performance of anchored beams compared with those strengthened beams without anchorage. By attaining debonding or rupture failure modes for the T beams and concrete crushing failure mode for the rectangular specimens, the ultimate sectional force capacity is achieved. Accordingly, the results prove that the anchors offer an effective solution against premature debonding failure.

No description available.

In diesem Beitrag werden ein Berechnungsverfahren und ein Bemessungskonzept für biegebeanspruchte textilbetonverstärkte Stahlbetonbauteile vorgestellt. Ihre Anwendbarkeit wird durch die Auswertung von Versuchen an verstärkten Stahlbetonplatten mit einer Reihe veränderlicher Ausgangswerte überprüft. Als Ergebnis dieser Arbeit stehen dem Anwender einfach nutzbare, praxisgerechte Bemessungstabellen zur Verfügung. In dieser Version weisen die Grafiken eine bessere Qualität auf. / This article introduces a calculation method and a design concept for reinforced concrete elements strengthened with textile concrete. Its applicability is verified by an analysis of tests with strengthened steel reinforced concrete slabs with a certain variety of design parameters. Results of this work are easy manageable, praxis-orientated design tables that are available for users. This version contains figures with a better quality.

In diesem Beitrag werden ein Berechnungsverfahren und ein Bemessungskonzept für biegebeanspruchte textilbetonverstärkte Stahlbetonbauteile vorgestellt. Ihre Anwendbarkeit wird durch die Auswertung von Versuchen an verstärkten Stahlbetonplatten mit einer Reihe veränderlicher Ausgangswerte überprüft. Als Ergebnis dieser Arbeit stehen dem Anwender einfach nutzbare, praxisgerechte Bemessungstabellen zur Verfügung. / This article introduces a calculation method and a design concept for reinforced concrete elements strengthened with textile concrete. Its applicability is verified by an analysis of tests with strengthened steel reinforced concrete slabs with a certain variety of design parameters. Results of this work are easy manageable, praxis-orientated design tables that are available for users.

Ein Ziel des Sonderforschungsbereiches 528 war, das Verbundsystem auf allen Skalenebenen so präzise beschreiben zu können, dass eine hinreichende Genauigkeit bei der Berechnung des Tragverhaltens von Stahlbetonbauteilen mit Textilbetonverstärkung nicht nur bei der Nachrechnung, sondern auch bei der Prognose erreicht wird. Die Vorhersagequalität von Tragfähigkeiten für die Biege-, Querkraft- und Normalkraftverstärkung wurde mit Hilfe von Großversuchen nachgewiesen, deren Ergebnisse vor der Berechnung nicht bekannt waren. Anhand der bereitgestellten Materialparameter und Geometriedaten wurde in den numerischen Teilprojekten sowie in einem experimentell orientierten Teilprojekt das Tragverhalten prognostiziert. Danach wurden die Versuche durchgeführt. Die prognostizierten Traglasten wurden durch die Experimente bestätigt. Der vorliegende Beitrag fokussiert auf die Querkraftverstärkung, da eine detaillierte Beschreibung aller Versuche den Rahmen sprengen würde. / One aim of the developments in the SFB 528 was the description of the compound system as precisely as possible at all scale levels that an adequate precision is not achieved by reinforced concrete components at the calculation of the load carrying behaviour with TRC reinforcements only at the historical calculation but also at the forecast. The forecast quality of load-capacities for the bend, shear and normal force strengthenings was proved with the help of large-scale experiments whose results were not confessed before the calculation. With the provided material parameters and geometry data the load carrying behaviour was forecast in the numeric subprojects as well as in an experimentally oriented subproject. After that the tests were carried out. The forecast loads were confirmed by the experiments. The paper on hand focuses on the shear strengthening since a detailed description of all tests would go beyond the scope.

No description available.

In der vorliegenden Arbeit werden die Möglichkeiten zur Traglaststeigerung von Beton- und Stahlbetonbauteilen unter Biegebeanspruchung durch das Verstärken mit textiler Bewehrung experimentell untersucht. Nach einer ausführlichen Recherche alternativer Techniken zur Querschnittsergänzung hinsichtlich der jeweiligen Beschichtungstechnologie, Anwendbarkeit und des Bemessungsmodells wird das Verstärken mit textilbewehrtem Beton als ein vorteilhaftes Verfahren deutlich herausgestellt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Beschreibung des Materialverhaltens der beteiligten Baustoffe mit Hauptaugenmerk auf die sich verändernden Materialeigenschaften der textilen Einzelfaser mit fortschreitender Weiterverarbeitung zum Garn bis hin zu einer textilen Bewehrungsstruktur. Die experimentellen Untersuchungen wurden an Platten und Balken durchgeführt, die aus einem Beton der Festigkeitsklasse C20/25 bestanden. Die Verstärkung erfolgte mittels textiler Bewehrungen aus alkaliresistentem Glas-Textil. Der Betonstahlbewehrungsgrad der untersuchten Bauteile variierte ebenso wie die textile Bewehrungsfläche. Die Versuche werden hinsichtlich der möglichen Traglasterhöhung gegenüber unverstärkten Referenzbauteilen sowie den Verformungen, Rotationen, Dehnungen und der Rissentwicklung ausgewertet. Anschließend wird ein Bemessungsvorschlag für textil verstärkte Bauteile unterbreitet.

Η παρούσα Διατριβή Διπλώματος Ειδίκευσης πραγματεύεται το ζήτημα της καμπτικής ενίσχυσης υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος υφισταμένων κατασκευών. Συγκεκριμένα, διερευνάται η αποτελεσματικότητα μίας νέας μεθόδου ενίσχυσης, η οποία συνίσταται στην επικόλληση υφάσματος ινοπλισμένων πολυμερών στις παρειές του μέλους, η αγκύρωση του οποίου πέραν της κρίσιμης διατομής εξασφαλίζεται με χρήση αγκυρίων μορφής θυσάνου ινών άνθρακα. Επιπλέον, και εξωτερικά των αγκυρίων, εφαρμόζεται τοπικός μανδύας συνθέτων υλικών. Για το σκοπό αυτό, διεξήχθησαν στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών συνολικά πέντε πειραματικές δοκιμές επί υποστυλωμάτων πλήρους κλίμακας. Τα χρησιμοποιηθέντα δοκίμια ήταν υποστυλώματα τετραγωνικής διατομής τύπου προβόλου, με ύψος ίσο με το μισό ύψος τυπικού ορόφου, σχεδιασμένα με ανεπαρκείς λεπτομέρειες όπλισης. Ένα εξ αυτών ενισχύθηκε με τοπικό μανδύα στον πόδα του και υπεβλήθη σε δοκιμή ανακυκλιζόμενης πλευρικής μετακίνησης της κορυφής του, με ταυτόχρονη επιβολή σταθερού θλιπτικού αξονικού φορτίου. Στην ίδια ιστορία φόρτισης υπεβλήθησαν τρία ακόμα δοκίμια, ενισχυμένα σύμφωνα με την υπό διερεύνηση μέθοδο, μελετώντας την επιρροή του αριθμού των εφαρμοσθέντων αγκυρίων και της συνολικής ποσότητας των ινών τους στην αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Τέλος, ένα δοκίμιο υπεβλήθη σε μονοτονική φόρτιση αυξανομένης πλευρικής μετακίνησης με ταυτόχρονη επιβολή σταθερού θλιπτικού αξονικού φορτίου, με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της ανακύκλισης της φόρτισης στην αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Το σύνολο των χρησιμοποιηθέντων συνθέτων υλικών στο πειραματικό πρόγραμμα, συνίστατο από ίνες άνθρακα σε μήτρα εποξειδικής ρητίνης. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε επτά Κεφάλαια. Το πρώτο Κεφάλαιο αποτελεί την εισαγωγή της παρούσης διατριβής. Παρουσιάζονται οι λόγοι που καθιστούν αναγκαία την καμπτική ενίσχυση υποστυλωμάτων σημαντικού μέρους των υφισταμένων κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος, γίνεται σύντομη αναφορά στη χρήση των συνθέτων υλικών στο πεδίο των ενισχύσεων καθώς και στις μηχανικές ιδιότητες αυτών και τέλος γίνεται αναφορά στο αντικείμενο της παρούσης διατριβής. Στο δεύτερο Κεφάλαιο, παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της υπό διερεύνηση μεθόδου ενίσχυσης. Στο τρίτο Κεφάλαιο, συνοψίζονται στοιχεία από τη διεθνή βιβλιογραφία, σχετικά με προγενέστερες έρευνες που έχουν λάβει χώρα και που έχουν άμεση σχέση με το αντικείμενο της παρούσης διατριβής. Στο τέταρτο Κεφάλαιο, παρουσιάζεται το πειραματικό πρόγραμμα που έλαβε χώρα, προκειμένου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα της υπό διερεύνηση μεθόδου και η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων σε αυτήν. Στο πέμπτο Κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των διεξαχθέντων πειραματικών δοκιμών. Γίνεται παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων για το σύνολο των δοκιμίων, σε διαγραμματική κατά κανόνα μορφή. Ακολουθεί συγκριτική παρουσίαση της συμπεριφοράς αυτών. Επίσης, γίνεται προσπάθεια, μέσω των πειραματικών καταγραφών, εκτίμησης των μέσων παραμορφώσεων αστοχίας των χρησιμοποιηθέντων αγκυρίων. Στο έκτο Κεφάλαιο, παρουσιάζεται μια προσπάθεια εκτίμησης των μέσων παραμορφώσεων αστοχίας των χρησιμοποιηθέντων αγκυρίων, μέσω των καταγεγραμμένων κατά τις πειραματικές δοκιμές ροπών αντίστασής των δοκιμίων, κάνοντας χρήση ενός υπολογιστικού εργαλείου, το οποίο αναπτύχθηκε από τον ίδιο το συγγράφοντα για το σκοπό αυτό. Τα εξαγχθέντα συμπεράσματα, εν συνεχεία, αξιολογούνται βάσει των πειραματικών καταγραφών. Στο έβδομο Κεφάλαιο, τέλος, το οποίο αποτελεί και τον επίλογο της παρούσης διατριβής, παρουσιάζονται συγκεντρωτικά τα εξαγχθέντα συμπεράσματα και γίνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα. Μέσω των διεξαχθέντων πειραματικών δοκιμών και της επεξεργασίας των αποτελεσμάτων αυτών, κατέστη σαφές πως η υπό διερεύνηση μέθοδος καμπτικής ενίσχυσης υποστυλωμάτων είναι επαρκώς αποτελεσματική, ώστε να αποτελέσει βιώσιμη λύση στο πεδίο των ενισχύσεων, σε περιπτώσεις που απαιτείται αύξηση της καμπτικής αντοχής υποστυλωμάτων χωρίς παράλληλη απαίτηση αύξησης της ικανότητας παραμόρφωσης αυτών, κυρίως λόγω της ευκολίας εφαρμογής της. / This master thesis presents the results of an experimental program aiming to study the behavior of RC columns under simulated seismic loading, strengthened in flexure (of crucial importance in capacity design) using Carbon Composite Anchors. The role of different parameters is examined, mostly by comparison of the lateral load versus displacement response characteristics. With proper design, it seems that column strength enhancement does not develop at the expense of low deformation capacity.