Thermo-mechanical loading of GFRP reinforced thin concrete panels

Schmitt, Andreas; Carvelli, Valter; Pahn, Matthias

doi:10.1016/j.compositesb.2015.06.020

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“…Jarek and Kubik made an examination on the glass fiber reinforced polymer composite rods in terms of the application for concrete reinforcement[124]. Schmitt et al searched for thermomechanical loading of GFRP reinforced thin concrete panels[125]. Miotto and Dias discussed the structural efficiency of full-scale timber-concrete composite beams strenghtened with fiberglass reinforced polymer[126].…”

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Glass Fibre Reinforced Concrete (GFRC)

Iskender

Karasu

2018

El-Cezeri Fen Ve Mühendislik Dergisi

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In the 1940's, potential of glass as a construction material was realized and improvement continued with the addition of zirconium dioxide in 1960's for harsh alkali conditions. To enhance durability of materials, new generation of glass fibres directed to improvement process. In this way, glass fibre reinforced concrete (GFRC) was started to produce for the satisfaction of different demands. Scientific studies and tests on the GFRC have shown that the physical and mechanical properties of the GFRC change depending on the quality of the materials and the accuracy of the production methods. GFRC can be used wherever a light, strong, fire resistant, weather resistant, attractive, impermeable material is needed. As technology advances, it is possibly expected to build the whole building and complex freeform with low cost. In recent years, the effect of glass fibres in hybrid mixtures has been investigated for high-performance concrete (HPC), an emerging technology termed, which has become popular in the construction industry.

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Glass Fibre Reinforced Concrete (GFRC)

Iskender

Karasu

2018

El-Cezeri Fen Ve Mühendislik Dergisi

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“…Mit der Annahme einer wirklichkeitsnahen Frischbetondruckbeanspruchung können die Schalendicken und damit die Gesamtwandstärke reduziert werden. Dies begünstigt zusätzlich den Einsatz von dauerhaften Bewehrungsmaterialien aus faserverstärkten Kunststoffen , die nur noch sehr geringe Betondeckungen fordern und aufgrund der Korrosionsproblematik von Betonstahl immer mehr an Bedeutung gewinnen.…”

Section: Zusammenfassung Und Ausblickunclassified

Frischbetondruck in Elementwänden mit integriertem Dämmstoff

Schmitt

Pahn

2018

Beton und Stahlbetonbau

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1 Motivation, Vorgehensweise und Zielsetzung Im Stahlbetonbau stellt die Herstellung der äußeren Gebäudehülle mit Elementwänden eine schnelle und wirtschaftliche Lösung dar. Bei Außenwandbauteilen ist die Verwendung eines integrierten Dämmstoffs unverzichtbar, da die Energieeinsparverordnung eine Begrenzung der Transmissionswärmeverluste und des Primärenergiebedarfs fordert. Die maßgebende Belastung solcher Wandbauteile im Bauzustand stellt der horizontale Frischbetondruck dar, welcher derzeit nach DIN 18218 [1] anzusetzen ist. Diese basiert auf der Annahme von glatten Schalungsoberflächen. Bei Elementwänden mit integriertem Dämmstoff zeigt sich jedoch, dass der maximale Frischbetondruck durch einen innen liegenden Dämmstoff stark beeinflusst und bei Anwendung der DIN 18218 überschätzt wird [2]. Für eine praxisgerechte Beschreibung der Frischbetondruckbeanspruchung sind der Aufbau von Elementwänden mit integriertem Dämmstoff und der Betonageprozess der Ortbetonergänzung, die Zusammensetzung und die Eigenschaften von Frischbeton sowie die wirklichkeitsnahe Modellbildung und deren Vereinfachung zu betrachten. Im vorliegenden Beitrag wird die realitätsnahe Beschreibung des Frischbetondrucks in Elementwänden mit integriertem Dämmstoff vorgestellt. Hierfür wird ein Berechnungsmodell erarbeitet, das alle maßgebenden Einflussparameter berücksichtigt und eine Bestimmung des maximalen Frischbetondrucks sowie der Frischbetondruckbeanspruchung über die Wandhöhe ermöglicht. Darüber hinaus werden für den Tragwerksplaner praxisgerechte Berechnungsformeln und Diagramme erarbeitet. Angesichts der Vielzahl an geometrischen, werkstoffspezifischen und bauausführungstechnischen Einflussparametern werden theoretische und experimentelle Untersuchungen systematisch geplant und durchgeführt [3]. Hierdurch können einflussschwache Parameter ausgeschlossen und maßgebende Parameter für weiterführende Untersuchungen identifiziert werden. In den folgenden Abschnitten werden die Ergebnisse aller Untersuchungen kurz zusammengefasst. Der Einsatz von Halbfertigteilen im Stahlbetonbau stellt eine wirtschaftliche Bauweise dar, welche sich durch einen schnellen Baufortschritt unter Einhaltung hoher Qualitätsansprüche auszeichnet. Ein Beispiel für Halbfertigteile sind Elementwände mit integriertem Dämmstoff. Bei solchen Wänden werden im Fertigteilwerk nur die äußeren Betonschalen mit Dämmstoffkern vorgefertigt. Der tragende Endquerschnitt wird erst auf der Baustelle durch eine nachträgliche Ortbetonergänzung hergestellt. Der beim Verfüllen und Verdichten des Ortbetons auftretende Frischbetondruck muss von Verbindungsmitteln, die zur Kopplung der Betonschalen dienen, mit ausreichender Sicherheit aufgenommen werden. Der Frischbetondruck ist derzeit nach DIN 18218 "Frischbetondruck auf lotrechte Schalungen" anzunehmen. Unter anderem bleibt die Beeinflussung des maximalen Frischbetondrucks durch den integrierten Dämmstoff bisher unberücksichtigt. Dies führt in vielen Fällen zu einer unwirtschaftlichen Bemessung der Elementwand im Bauzustand. Im Rahmen vo...

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“…The sketch in Figure a details the position of the strain gauges (SG1, SG2, and SG3). Those were not installed in the panels for the thermal loading (second and third phases) to avoid unfeasible measurements at elevated temperatures due to modification of the electrical signal during heating, as observed in a previous experimental investigation …”

Section: Experimental Setup and Proceduresmentioning

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“…In this context, the present experimental investigation aims to give a contribution on the understanding of the mechanical performance of GFRP bars as internal reinforcement of concrete sandwich panels exposed to elevated temperatures. The study continues the investigation of the authors detailed in Reference , in which the attention was focused on the thermo‐mechanical behavior of thin concrete panels reinforced with GFRP bars, intended as the load‐bearing layers of sandwich panels for façade claddings, considering the influence of the concrete cover and the external surface of rebars.…”

Section: Introductionmentioning

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Thermo‐mechanical response of concrete sandwich panels reinforced with glass fiber reinforced polymer bars

Schmitt

Carvelli

Haffke

et al. 2017

Structural Concrete

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The thermo-mechanical behavior of sandwich panels was experimentally investigated. The panels featured two external concrete layers reinforced with glass fiber reinforced polymer rebars (GFRP) and an internal expanded polystyrene insulation layer. These are typical for low load bearing and thermally insulated panels in façade claddings. To assess the suitability of the internal GFRP reinforcement, the heating condition was such that rebars in one concrete layer were exposed to temperatures higher than the glass transition temperature of the resins. Such extreme condition allowed verifying the retention of the mechanical behavior, in terms of deformability and load-carrying capacity, with bending tests of unheated and heated panels. As main outcome, the elevated temperature produced significant modification of the insulation layer, considerable reduction of global stiffness and load-carrying capacity, while GFRP bars were not apparently modified.concrete, glass fiber bars, mechanical testing, sandwich panels, thermomechanical loading | INTRODUCTIONIn the last two decades, several investigations showed the advantages and disadvantages of replacing the steel reinforcement with FRP (fiber reinforced polymers) rebars in structural concrete components. 1 Many investigations and applications were focused on the GFRP (glass fiber reinforced polymer) rebars for their non-corrosive and nonconductive characteristics as well as their high strength, low weight, and durability. 2-4 One important field of application of GFRP reinforcement is slender concrete structures. The lack of corrosion allows to reduce the bar protection decreasing the concrete covers and, as consequence, the thickness of concrete members. Slender layers of reinforced concrete are frequently adopted as the load-carrying members of sandwich panels used, in the construction industry, as façade panels or slabs for pavements. External cladding sandwich panels made of pre-cast concrete usually consist of three layers: thin load-carrying concrete layer, the thermal insulation, and a thin facing concrete layer. Sandwich panels are frequently adopted in buildings to exploit their structural and thermal efficiency. Nowadays, they play an important role in the building industry that aims to improve the energy efficiency and increase the durability of building constructions.Several efforts were dedicated to the understanding and optimization of the mechanical behavior of sandwich panels with different reinforcements: steel rebars and connectors (see, e.g., Reference 5); steel rebars and GFRP connectors (see, e.g., Reference 6); steel fiber reinforced selfcompacting concrete and GFRP connectors (see, e.g., Reference 7). Some investigations were devoted to the mechanical response of steel-free sandwich panels having both reinforcement and connectors made of GFRP (see, e.g., Reference 8).In spite of the interest in constructions industry on steelfree sandwich panels, their durability and in particular their

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Thermo-mechanical loading of GFRP reinforced thin concrete panels

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Glass Fibre Reinforced Concrete (GFRC)

Glass Fibre Reinforced Concrete (GFRC)

Frischbetondruck in Elementwänden mit integriertem Dämmstoff

Thermo‐mechanical response of concrete sandwich panels reinforced with glass fiber reinforced polymer bars

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