Test results and strength estimation of R/C beams strengthened against flexural or shear failure by the use of SRP and CFRP

The paper reports tests on three groups of reinforced concrete (R/C) beam full-scale specimens, strengthened in flexural or shear using Steel Reinforced Polymers (SRP) and Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP). The first group of five specimens represents the middle part of the span of a continuous beam and specimens are flexurally strengthened. The second group represents the support region of a continuous beam and its four specimens are strengthened in flexure. The third group also represents the support region of a continuous beam and its four specimens are strengthened in shear. Four specimens in total are tested unstrengthened to allow comparisons with the response of strengthened specimens. In addition to the different part of the beam that each specimen represented and the shear or flexural strengthening, the main parameters that varied among the specimens were: the type of polymer (SRP of two different types, or CFRP), the type of steel bars (ribbed or smooth, the latter being representative of older R/C members), the type of anchorage used for the polymers, and the way loading is applied to the specimens. Low strength concrete grade is used for the specimens, again to simulate older R/C members. The recorded response of the specimens is presented and discussed, and the experimentally measured strengths of the specimens are estimated analytically on the basis of the measured deformations of the specimens. Finally conclusions are drawn regarding the relative performance and merits of SRPs and CFRPs as strengthening materials for R/C beams

Tests on RC Beams Strengthened at the Span with Externally Bonded Polymers Reinforced with Carbon or Steel Fibers

The main objective of the experimental work reported herein is the comparative evaluation of steel-reinforced polymers (SRPs) and carbon-reinforced polymers (CFRPs) used as externally-bonded reinforcement in strengthening of reinforced-concrete (RC) members. Tensile stress strain as well as bond constitutive laws for these materials were first derived from 16 tests and are summarized here. Results are then reported from four-point bending tests of five full-scale RC beams strengthened at their span using SRP and CFRP strips. The bond tests have shown that by providing a bond length greater than the effective one, neither the bond strength nor the deformation capacity are increased, whereas by increasing the width of the strip the bond strength is increased. From the bending tests of beams it was found that the use of both SRP and CFRP strips resulted in a significant increase in strength (up to 92%) with respect to the strength of the initial specimen. The experimentally measured strengths were estimated analytically using both the experimental measurements of the specimen deformations and the pertinent provisions of standards from the American Concrete Institute and the European Committee for Standardization

Experiments and failure analysis of SHCC and reinforced concrete composite slabs

For all types of concrete structures, controlling of cracking, as well as the enhancement of serviceability and ultimate flexural capacity are important issues for deck slabs. This study presents an experimental campaign and accompanying nonlinear analysis of a series of Strain Hardening Cementitious Composite (SHCC) and reinforced concrete slab systems, simply-supported and subjected to four-point loading. In order to improve flexural performance both at the service and ultimate limit states, an SHCC layer with thickness of 150–400 mm was placed on the soffit of the composite slab; the SHCC was manufactured using two different processes, namely cast-in-situ SHCCs and extruded precast SHCC panel. Nonlinear analysis of SHCC and reinforced concrete slabs was also carried out to predict moment and curvature as well as deflections of the slab systems. The developed slab systems were found to have enhanced performance with regard to both at serviceability and flexural capacity, compared to the conventional reinforced concrete slab

Πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς δοκών από σκυρόδεμα ενισχυμένων με πολυμερή οπλισμένα με χάλυβα ή άνθρακα

Εxperimental Results from comparative tests at the laboratory of Steel (SRP) and Carbon (CFRP) Reinforced Rolymers are given in the present dissertation. Tensile stress-strain, as well as bond constitutive laws were derived from sixteen (16) test specimens. Results are then reported from flexural tests of thirteen (13) full-scale R/C beams strengthened at their span using SRP and CFRP strips. The bond tests have shown that providing a bond length greater than the effective one, neither the bond strength nor the deformation capacity are increased, whereas by increasing the width of the strip the bond strength is significantly increased. From the flexural tests of beams it was found that the use of both SRP and CFRP strips resulted in a significant increase in strength (up to 100%) with respect to the strength of the virgin specimen. The experimentally measured strengths were approached by analytical calculations using the experimental measures of the deformations of the specimens and by the use of ACI, Eurocode 8- part 3 and KAN.EPE provisions.Κύριο αντικείμενο της διατριβής, η οποία είχε εξαρχής κυρίως πειραματική κατεύθυνση, ήταν η διερεύνηση του βαθμού ενίσχυσης που είναι δυνατό να επιτευχθεί σε δοκούς οπλισμένου σκυροδέματος μέσω της χρήσης είτε χαλυβδοϋφασμάτων (SRP) είτε ΙΟΠ με ίνες άνθρακα (CFRP), η έμφαση δηλαδή ήταν τόσο στη μελέτη βασικών χαρακτηριστικών του νέου σύνθετου υλικού (SRP), όσο και στη σύγκρισή τους με τα ήδη εφαρμοζόμενα σε αρκετά ευρεία κλίμακα IOΠ. Ειδικότερα, σε κατάλληλα σχεδιασμένες δοκούς οπλισμένου σκυροδέματος ενισχύθηκαν οι μηχανισμοί κάμψης και διάτμησης προκειμένου να διερευνηθεί ο βαθμός ενίσχυσης που επέρχεται σε αυτούς τους μηχανισμούς και η δυνατότητα αλλαγής του τρόπου αστοχίας από την γενικώς ανεπιθύμητη διατμητική αστοχία στην καμπτική. Οι πειραματικές δοκιμές σχεδιάστηκαν βάσει των διαθέσιμων αποτελεσμάτων της βιβλιογραφίας για κάθε υλικό με αποτέλεσμα να προβλέπεται μεγαλύτερος αριθμός δοκιμών για τα SRP έναντι των CFRP (για τα οποία υπήρχαν ήδη αρκετά στοιχεία στη βιβλιογραφία). Για να σχεδιασθεί κατάλληλα το πρόγραμμα ενίσχυσης δοκών ήταν απαραίτητο να μελετηθούν πρώτα τόσο οι βασικές μηχανικές ιδιότητες των χαλυβδοϋφασμάτων, όσο και η συνάφειά τους με το σκυρόδεμα που αποτελεί τον κυριότερο παράγοντα κατά την εφαρμογή των ενισχύσεων (με εξωτερική επικόλληση των σύνθετων υλικών). Έτσι, το πειραματικό μέρος της διατριβής διαρθρώθηκε στα εξής διαδοχικά στάδια: α) δοκιμές εφελκυσμού και για τα δύο υλικά (FRP, SRP) για τον προσδιορισμό του νόμου τάσης - παραμόρφωσης (δοκίμια χωρίς ρητίνη και δοκίμια με ρητίνη), β) δοκιμές ελέγχου συνάφειας για τον προσδιορισμό των νόμων που διέπουν την αποκόλληση των CFRP και SRP υλικών από την επιφάνεια σκυροδέματος και γ) δοκιμές δοκών χωρίς ενίσχυση και δοκών ενισχυμένων με τα παραπάνω υλικά. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι με την χρήση των SRP και CFRP είναι δυνατή η αύξηση της μέγιστης αναπτυσσόμενης καμπτικής και διατμητικής αντοχής των ενισχυμένων δοκών και είναι εφικτή η αλλαγή του τρόπου αστοχίας από διατμητική σε καμπτική. Τέλος ένας ακόμη στόχος της διατριβής ήταν η διερεύνηση της αξιοπιστίας των διαθέσιμων αναλυτικών προσομοιωμάτων (ACI, Ευροκώδικας 8-Μέρος 3 και ΚΑΝ.ΕΠΕ) για την πρόβλεψη της καμπτικής και διατμητικής αντοχής δοκών Ο/Σ ενισχυμένων με SRP