Strengthening efficiency of RC beams strengthened for flexure with prestressed CFRP laminates

Badania naukowe zostały wykonane w ramach Projektu „Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównoważonego rozwoju” współfinansowanego przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna GospodarkaPublikacja pod patronatem Sekcji Konstrukcji Betonowych Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PANTłumaczenie / Translation: Kotynia, RenataSkład tekstu / Preparing of text: Filipczak, JacekDotychczasowe badania żelbetowych elementów wzmocnionych na zginanie przy użyciu zewnętrznych (Externally Bounded - EB) materiałów kompozytowych (Fiber Reinforced Polymer - FRP), przyklejonych do rozciąganej powierzchni betonu, wykazały ograniczoną efektywność tej techniki ze względu na nagłe odspojenie kompozytu od powierzchni betonu przed osiągnięciem jego granicznych odkształceń. Należy podkreślić, że wzmocnienie na zginanie przy zastosowaniu przy-klejonych w sposób bierny materiałów FRP, zwiększa nośność elementu, ale jednocześnie ma niewielki wpływ na stan graniczny użytkowalności (zarysowanie i ugięcia elementu). Sprężanie materiału kompozytowego FRP zostało zaproponowane w celu zwiększenia stopnia wykorzystania wytrzymałości materiału kompozytowego na rozciąganie i poprawy efektywności wzmocnienia w stanie granicznym użytkowalności. Program badań obejmował trzy serie belek żelbetowych, zróżnicowanych pod względem stopnia stalowego zbrojenia (4#12 ρs=0.49% i 4#16 ρs=0.87%), wytrzymałości betonu, poziomu wytężenia elementu w chwili wykonywania wzmocnienia oraz przyczepności taśmy CFRP do powierzchni betonu i zastosowanego zakotwienia. Praktyczny aspekt programu badań koncentruje się na wpływie poziomu wstępnego obciążenia elementu, na efektywność wzmocnienia przy użyciu sprężonych taśm CFRP. W praktyce inżynierskiej bardzo często można spotkać elementy konstrukcyjne obciążone przed wzmocnieniem, w których doszło nawet do przekroczenia dopuszczalnych warunków stanu granicznego użytkowalności (zarysowania lub ugięć). Wpływ wcześniejszego wytężenia zginanych elementów konstrukcyjnych wzmocnionych przy użyciu naprężonych kompozytów był dotąd bardzo rzadko analizowany w pracach badawczych. Rozważono dwa poziomy wstępnego obciążenia elementów przed wzmocnieniem: wyłącznie pod ciężarem własnym oraz pod ciężarem własnym i obciążeniem zewnętrznym. Obciążenie ciężarem własnym stanowiło 25% i 14% nośności elementu niewzmocnionego, odpowiednio w elementach o niższym i wyższym stopniu zbrojenia stalowego. Wyższy po-ziom wstępnego wytężenia belek równy 76% nośności na zginanie elementu niewzmocnionego, został wybrany w celu zbadania takiego przypadku, w którym zbrojenie zwykłe było bliskie uplastycznieniu. Przeprowadzone badania doświadczalne dały obiecujące wyniki zarówno w odniesieniu do stanu granicznego nośności, jak i użytkowalności. Stopień wzmocnienia zdefiniowany jako stosunek różnicy nośności elementu wzmocnionego i nie-wzmocnionego do nośności elementu niewzmocnionego, wahał się w zakresie od 0.64 do 1.20. W pracy omówiono wpływ wszystkich rozważanych parametrów, a więc stopnia zbrojenia zwykłego, przyczepności taśmy do betonu, poziomu wstępnego wytężenia elementu podczas wzmocnienia i poziomu wstępnego naprężenia kompozytu.The research carried out so far on reinforced concrete (RC) members strengthened in flexure with externally bonded (EB) fiber-reinforced polymers (FRPs) have indicated quite low strengthening efficiency caused by debonding of the FRP from the concrete surface before the tensile strength of the FRP material was achieved. It should be emphasized that although the load-bearing capacity of RC members strengthened with passive EB FPR laminates increases, it has a small effect on the serviceability limit state (i.e. cracking moment and deflections). Prestressing the EB FRP was proposed as a method of increasing the utilization of the FRP tensile strength and improving the strengthening efficiency in terms of serviceability limit state. An experimental research program consisted of three series of RC beams with variations in: the longitudinal steel rein-forcement ratio (4#12, ρs=0.49% and 4#16, ρs=0.87%), concrete strength, preloading level before strengthening, and adhe-sion between the CFRP laminate and concrete as well as the anchorage used. A practical and unique aspect of this research program focuses on the effect of preloading on the strengthening efficiency of RC beams strengthened with prestressed carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) laminates. In the engineering practice, one can often come across structural elements preloaded before strengthening, in which serviceability limit state was exceeded (cracking moment or deflections). The influence of preloading of existing RC structures strengthened with prestressed composites has been analyzed very rarely. Two levels of the beams preloading were considered: the beam self-weight acting alone and the self-weight plus additional external load. The self-weight preloading level corresponded to 25 and 14% of the yield strength of a non-strengthened beam in Series I and III, respectively. The higher preloading level, equal to 76% of the yield strength of a non-strengthened beam was chosen to estimate the efficiency of strengthening the element in which reinforcement was approaching the elastic limit of the beam behaviour. Experimental tests yielded promising results for the ultimate and serviceability limit states, i.e. ULS and SLS, of the strengthened beams. The strengthening ratio, defined as the ratio of the difference between the ultimate load of a strengthened and a non-strengthened beam to the ultimate load of the non-strengthened beam, reached values within the range of 0.64–1.19. The authors discuss the influence of all the parameters, i.e ordinary reinforcement ratio, adhesion between the prestressed CFRP laminate and concrete, the level of preloading during strengthening and the level of pretensioning of a composite

Benefits and weaknesses of radiocarbon dating of plant material as reflected by Neolithic archaeological sites from Poland, Slovakia and Hungary

Radiocarbon dating of the plant material is important for chronology of archaeological sites. Therefore, a selection of suitable plant samples is an important task. The contribution emphasizes the necessity of taxonomical identification prior to radiocarbon dating as a crucial element of such selection. The benefits and weaknesses of dating of taxonomically undetermined and identified sam-ples will be analysed based on several case studies referring to Neolithic sites from Hungary, Slovakia and Poland. These examples better illustrate the significance of the taxonomical identification since plant materials of the Neolithic age include only a limited number of cultivated species (e.g. hulled wheats) and typically do not contain remains of late arrived plants (e.g. Carpinus betulus and Fagus sylvatica). For more accurate dating results cereal grains, fruits and seeds, which reflect a single vege-tative season, are preferred. Among charred wood, fragments of twigs, branches and external rings should mainly be taken into account, while those of trunks belonging to long-lived trees should be avoided. Besides the absolute chronology of archaeological features and artefacts, radiocarbon dating of identified plant remains might significantly contribute to the history of local vegetation and food production systems

Plants of the Funnel Beaker culture in Poland

Neolithic communities appeared in Polish territories around the mid-6th millennium BC. However, until the beginning of the 4th millennium BC, they inhabited only small enclaves. This situation changed within the first half of the 4th millennium BC, when the most of the Polish territories became settled by Neolithic groups attributed to the Funnel Beaker culture (TRB). There is a fairly large amount of data on plants cultivated by TRB people. Based on this, one can conclude that mainly Triticum dicoccon, T. monococcum and Hordeum vulgare were grown. T. dicoccon and T. monococcum could be sown together. It should be noted that large amounts of weeds typical of cereal fields have been recorded. It is much more difficult to determine the economic importance of other cultivars because of their low numbers. Nevertheless, the TRB inventories contain remains of Pisum sativum, Lens culinaris, Linum usitatissimum and Papaver somniferum

Cultivated plant remains from TRB site Mozgawa (1-3) in context of data from Southeastern group of Funnel-Beaker culture.

Stanowisko Mozgawa 1-3, położone na terenie Niecki Nidziańskiej. Dostępność wysokiej klasy gleb lessowych najprawdopodobniej była czynnikiem, która przyciągnęła w to miejsce neolitycznych osadników, związanych z kulturą pucharów lejkowatych. Realizowane od 2014 roku badania wykopaliskowe i powierzchniowe potwierdziły obecność dużej osady, pokrywa-jącej obszar ok. 35 ha. Oprócz licznych zabytków archeologicznych, podczas wykopalisk pobierane są duże ilości prób archeobotanicznych. W niniejszej pracy wykorzystano materiały roślinne z obiektów 6, 7 i 8, badanych w latach 2014 i 2015. W sedymencie omawianych jam natrafiono na bardzo liczne makroszczątki roślin, reprezentujące przede wszystkim pozostało-ści roślin uprawnych i w mniejszym stopniu dzikich. Uzyskane rezultaty zostały zestawione ze znanymi z wcześniejszych badań danymi, dotyczącymi gospodarki roślinnej na innych stanowiskach KPL.Mozgawa 1-3 site is settled in the Niecka Nidziańska region. Probably the aviability of fertile soils was probably a factor, which encouraged the Neolithic settlement, connected with the TRB culture in this region. Excavation, conducted from 2014, confirmed presence of vast settlement, spreading approximately on 35 hectares. Exept numerous artifacts, during the ex-cavations a significant number of archaeobotanical samples was taken. In this paper author presents the results of examination of samples from features 6, 7 and 8. These features were excavated in seasons 2014 and 2015. Sediment of studied pits consisted large amount of charred plant remains, mostly belonging to the cultivated plants taxa. Wild plants remains were far less numerous. Results obtained in Mozgawa were compared with known data from other TRB sites

OBLICZENIOWA ANALIZA BELEK ŻELBETOWYCH WZMOCNIONYCH NAPRĘŻONYMI TAŚMAMI CFRP

W artykule przedstawiono numeryczną analizę belek żelbetowych wzmocnionych wstępnie sprężonymi taśmami CFRP. Celem badań była analiza efektywności czynnego wzmocnienia w odniesieniu do powszechnych biernych metod wzmacniania elementów zginanych. Badania miały ponadto wykazać wpływ historii obciążenia elementu przed wzmocnieniem na stopień jego wzmocnienia. Zaproponowano dwuwymiarowy model konstrukcji z uwzględnieniem fizycznie nieliniowych charakterystyk materiałów składowych. Symulacje numeryczne wykonane dla skalibrowanego modelu mechanicznego wykazały bardzo dobrą zgodność z wynikami doświadczalnym

About the preloading and strengthening level with pretension CFRP strips on load capacity and ductility of reinforced concrete beams

Praca dotyczy wzmacniania żelbetowych belek na zginanie przy użyciu naprężonych taśm kompozytowych CFRP. Przedstawiono program i wyniki własnych badań doświadczalnych belek wzmacnianych pod obciążeniem. Przeprowadzono analizę wpływu poziomu obciążenia belek przed wzmocnieniem na ich nośność i odkształcalność.Paper describes experimental research of reinforced concrete beams strengthened for flexure with pretension CFRP laminates. Before strengthening beams were exhausted to 25% or 75% of load capacity of non-strengthened beam. Research showed high efficiency of strengthening with pretension strips. Strengthening ratio varied in the range from 1,9 to 2,2 of the non-strengthened beam. Flexural strengthening of RC beams with pretension CFRP strips is very effective both for ultimate limit state and serviceability limit state, especially in case of highly exhausted elements before strengthening. Using of the active strengthening system causes significant reduction of strains in concrete and mid-span deflections and increase in stiffness of tested elements

Mechanical characterization of the filament wound pipes for construction

The focus of this lecture was to investigate the mechanical properties of different glass fiber reinforced composite pipes produced by filament winding technique. Properties of fiber reinforced composites (FRP) arise as a function of its constituent materials, their distribution, and the interaction among them and as a result of it an unusual combination of material properties can be obtained. There are various methods of their manufacturing, but filament winding is a very important and widely used technique for FRP production related to civil engineering. The basis of this technology includes winding of resin-impregnated fibers into a tool and hardening of the wound structure. This technology enables the fibers to be placed into the direction of the load that may be expected during exploitation of construction elements. By varying the winding angle with respect to the mandrel axis, directional strength can be obtained by the loads, which will operate on the finished product. It is essential to know the mechanical and thermal characteristics of filament wound tubes in order to employ them in design applications. Based on the investigation in the fame of this lecture, it can be concluded that from the mechanical point of view there are significant differences in the filament wound pipes with different fiber orientation. Regarding the tensile properties, the bigger winding angle lead to higher hoop tensile properties of filament-wound tubular samples. But, for the transverse compression properties of composite specimens the lower winding angle lead to higher transverse compression properties of the samples. The optimal mechanical properties have the samples on the primary level winded with angle 450. It was noticed a slight influence of the fiber tension but the velocity of the filament winding doesn’t influence on the mechanical properties of the specimens

Effect of short-term fluctuations in outdoor air pollution on the number of hospital admissions due to acute myocardial infarction among inhabitants of Krakow, Poland

Air pollution is reaching alarming proportions worldwide; however, previous studies concerning the association between air pollution and myocardial infarction (MI) provided conflicting results. We evaluated a relationship between short‑term fluctuations in outdoor particulate matter (PM) and nitrogen dioxide ($NO_{2}$) levels and the number of hospitalizations due to MI among the inhabitants of Kraków, Poland. Data on hospitalizations, daily pollutant concentrations, infections, and meteorological parameters were collected from December 2012 to September 2015. Data were assessed using a time‑series regression analysis with a distributed lag model. An increase of 10 \mug/m3 in $PM_{2.5}$ levels was associated with a higher risk of hospital admission due to MI (odds ratio [OR], 1.32; 95% CI, 1.01-1.40; P = 0.0002). For $PM_{10}$ the effect was observed only with a simultaneous decrease of $1^{\circ}C$ in the mean daily temperature (OR, 1.08; 95% CI, 1.01-1.17; P = 0.03). Significant effects were observed at lags 5 and 6. The effect of $NO_{2}$ was significant at lags 0 and 1, but only in patients aged 70 years or older (OR, 1.13; 95% CI, 1.01-1.23; P = 0.007) and those with pulmonary disorders (OR, 1.12; 95% CI, 1.01-1.31; P = 0.01). In all age groups, the short‑term elevation in $PM_{2.5}$ levels was associated with an increased number of daily hospital admissions for MI, whereas for $PM_{10}$ the effect was significant only with a simultaneous decrease in temperature. The effect of $NO_{2}$ was observed only in older individuals and patients with pulmonary disorders. A negative clinical effect was more delayed in time in the case of exposure to PM than to $NO_{2}$