Shear Strengthening of Short Span Reinforced Concrete Beams with CFRP Sheets

Abstract

This paper presents the results of a series of tests on short span reinforced concrete beams which were strengthened in shear with various arrangements of externally bonded Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) sheets. The objective of the tests was to determine the effect of changing the area and location of the CFRP sheet within the shear span. A total of fifteen 150 mm x 300 mm x 1,675 mm concrete beams were tested of which four were un-strengthened control specimens. The remaining eleven beams were strengthened with varying configurations of CFRP sheets. Parameters varied in the tests included the area of CFRP sheet, its anchorage length and the distance of the CFRP sheet from the support. The experimental results revealed that the CFRP is more effective when it is placed close to the supports and even small areas of CFRP can give significant increases in shear strength. The experimental results were compared with the three different existing shear prediction models for estimating shear contribution of CFRP sheets. A simple strut-and-tie model (STM) is presented which gives reasonable predictions of shear strength for the beam specimens, which were strengthened with CFRP over the full depth of the beam. The superposition method of design is replaced in EC2 by the variable angle truss model in which all the shear is assumed to be resisted by the truss mechanism. A simple regression equation is proposed for the calculation of effective stress in FRP to be used in EC2 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 1 Shear strengthening of short span reinforced concrete beams with CFRP sheets ABSTRACT This paper presents the results of a series of tests on short span reinforced concrete beams which were strengthened in shear with various arrangements of externally bonded Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) sheets. The objective of the tests was to determine the effect of changing the area and location of the CFRP sheet within the shear span. A total of fifteen 150 mm x 300 mm x 1,675 mm concrete beams were tested of which four were unstrengthened control specimens. The remaining eleven beams were strengthened with varying configurations of CFRP sheets. Parameters varied in the tests included the area of CFRP sheet, its anchorage length and the distance of the CFRP sheet from the support. The experimental results revealed that the CFRP is more effective when it is placed close to the supports and even small areas of CFRP can give significant increases in shear strength. The experimental results were compared with the three different existing shear prediction models for estimating shear contribution of CFRP sheets. A simple strut-and-tie model (STM) is presented which gives reasonable predictions of shear strength for the beam specimens, which were strengthened with CFRP over the full depth of the...

The influence of aggregate fracture on the shear strength of reinforced concrete beams: an experimental and analytical research project

“…(3). The proposed STM also provided reasonable predictions of the shear strength of members strengthened over the full depth of the beam using externally bonded CFRP sheets [10,37]. STMs generally neglect size effect.…”

Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của dầm bê tông không cốt thép đai được gia cường chịu cắt bằng tấm CFRP

“…Phần lớn nghiên cứu trước đây được tiến hành trên các mẫu dầm gia cường chịu uốn, có kích thước nhỏ và trong phạm vi phòng thí nghiệm [6][7][8]. So với gia cường chịu uốn, các nghiên cứu về gia cường chịu cắt cho dầm BTCT thì có số lượng ít hơn và chủ yếu được tiến hành trên các mẫu dầm có tiết diện chữ nhật hoặc chữ T, với kích thước hạn chế [9][10][11][12][13][14][15]. Cho đến nay, nghiên cứu về khả năng chịu cắt của dầm gia cường bằng CFRP vẫn là một chủ đề được các nhà khoa học quan tâm, đặc biệt đối với dầm bê tông không cốt thép đai [16][17][18][19][20].…”

“…Các tham số về vật liệu và các kết quả đặc trưng cho ứng xử cơ học của dầm như biểu đồ tải trọng -chuyển vị, sơ đồ vết nứt và dạng phá hoại được thu thập từ một nghiên cứu thực nghiệm của Bukhari và cs. [14]. Việc so sánh giữa kết quả mô hình và kết quả thực nghiệm cho phép khẳng định rằng các mô hình PTHH có khả năng dự báo chính xác khả năng chịu cắt của dầm đối chứng và các dầm gia cường, cũng như cho phép mô phỏng sơ đồ vết nứt bê tông và các dạng phá hoại xảy ra (phá hoại cắt, bong tách tấm CFRP, hư hỏng tấm CFRP).…”

“…Trong nghiên cứu này, sáu mẫu dầm thực nghiệm trong nghiên cứu của Bukhari và cs. [14] đã được sử dụng để thiết lập và kiểm chứng độ tin cậy của mô hình số. Hình 1 minh họa cấu tạo của các mẫu dầm thực nghiệm, có tiết diện 150×300 mm và chiều dài dầm là 1675 mm.…”

Numerical analysis of reinforced concrete beams strengthened in shear using carbon fiber reinforced polymer materials

“…Carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) is used to strengthen reinforced concrete structural members in shear and flexure because of their superior mechanical properties in terms of high strength-to-weight ratio, corrosion resistance, thermal resistance and ease of use (Hollaway et al , 2008). Several experimental research on CFRP has shown the effectiveness of using externally bonded CFRP composites to improve the flexural and shear strength of RC structural members (Jiangfeng et al , 2013; Bukhari et al , 2013). CFRP composites improve the performance and ductility of the structural behavior of RC beams (Al-Hadithy and Al-Ani, 2016).…”