“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.
Autorstvo-Nekomercijalno 3.0 Srbija (CC BY-NC 3.0)
Academic metadata
Phd. theses
Tehnicko-tehnološke nauke
doktor nauka - gradevinarstvo
Univerzitet Crne Gore
Građevinski fakultet
Studijski program Građevinarstvo
Other Theses Metadata
Behaviour of RC structures strengthened with composite materials under the long-term load
[N. Kopitović Vuković]
PDF/A (220 pages)
Datum odbrane: 11.06.2020.
Zejak, Radomir, 1962- (mentor)
Pejović, Radenko, 1950- (član komisije)
Radonjanin, Vlastimir (član komisije)
Korozija, zamor i nedostatak pravilnog održavanja su u većini slučajeva glavni uzročnici propadanja konstrukcija. Za njihovu rekonstrukciju primjenjuju se različite tehnologije, u zavisnosti od vrste elementa koji se ojačava, od njegovog naponskog stanja, kao i od upotrijebljenog materijala. Spoljašnje CFRP ojačanje zategnutog pojasa betonske grede pokazalo se kao uspješna alternativa mnogo skupljoj zamjeni ovih elemenata. Visoka čvrstoća na zatezanje i modul elastičnosti čine ovaj materijal atraktivnim i praktičnim za ojačanje postojećih elemenata.
Ovaj rad je nastao kao rezultat eksperimentalnog istraživanja, sprovedenog kako bi se utvrdio doprinos kompozitnog materijala povoljnijem ponašanju greda T-presjeka, realnih dimenzija i određene starosti, u eksploatacionim uslovima, pod uticajem dva tipa kratkotrajnog i dva nivoa dugotrajnog opterećenja. Kako je pregledom literature utvrđeno da su takva eksperimentalna ispitivanja veoma rijetka, u tu svrhu je prije više od 10 godina napravljeno deset predmetnih uzoraka. Oni su ojačavani karbonskim trakama različitih dužina na donjoj, zategnutoj ivici rebra, a zatim su ispitivani na dejstvo koncentrisanog kratkotrajnog i ravnomjernog kratkotrajnog i dugotrajnog opterećenja. Utvrđen je uticaj oba tipa opterećenja kao i različitih dužina ojačanja, kako na mehanizam loma ispitivanih uzoraka, tako i na redukciju njihovih graničnih nosivosti, veličine ugiba, širine prslina i sl. Samim tim, ispitivanje uticajnih parametara na ponašanje uzoraka ojačanih FRP materijalom, fokusirano je na:
- uticaj položaja i dužine spoljašnjeg ojačanja;
- uticaj tipa kratkotrajnog opterećenja za 2 neojačane i 4 ojačane grede;
- uticaj nivoa i dužine trajanja dugotrajnog opterećenja za 4 ojačane grede.
Ponašanje armirano-betonskih greda, pri dejstvu dugotrajnog konstantnog opterećenja, u uslovima nivoa napona od 55% do 85% čvrstoće na kratkotrajno opterećenje, bio je predmet proučavanja u ovom radu. Sve četiri grede su opterećene ravnomjernim opterećenjem po cijeloj dužini, u trajanju od 6 mjeseci. Ovo opterećenje je iznosilo 55%, odnosno 60% nosivosti na kratkotrajno opterećenje, za grede ojačane dužom, odnosno kraćom trakom. Nakon analize rezultata na kraju tog perioda, bilo je evidentno da predmetni uzorci ne reaguju značajno na taj nivo opterećenja, što je bilo očekivano, s obzirom da su grede bile stare 10 godina u trenutku ojačavanja i proces tečenja betona se u najvećoj mjeri završio. Što se tiče vremenskih deformacija karbonskih traka, poznato je da su one, u poređenju sa staklenim ili aramidnim, najmanje podložne tečenju. Kako efikasnost spoljašnjeg ojačanja slabi sa porastom nivoa opterećenja, ono je u sljedećoj fazi povećano na 75-85% nosivosti na kratkotrajno opterećenje, u zavisnosti od dužine trake. Ovo opterećenje je održavano konstantnim u trajanju od 4 mjeseca, sve do stabilizacije procesa.
Nakon sopstvenog eksperimentalnog istraživanja i obrade i analize rezultata, sprovedena je uporedna analiza sa rezultatima istraživanja drugih autora, u cilju donošenja validnih zaključaka. Odgovor ovako definisanih sistema je analiziran preko osnovnih naponsko- deformacijskih efekata i njihove komparacije sa neojačanim kontrolnim uzorcima.
Ovo ispitivanje je pokazalo da primijenjeni tip ojačanja značajno povećava nosivost greda, istovremeno vršeći redukciju veličine ugiba i širine prslina. Takođe utiče na ponašanje ovih elemenata pod opterećenjem i na njihov mehanizam loma.
Opsežnim ispitivanjem na dugotrajna dejstva dokazano je da za armirano-betonske grede određene starosti, ojačane karbonskim trakama minimalne dužine 0.81, ne postoji opasnost da u toku vremena, u eksploatacionim uslovima, mogu biti dovedene u granično stanje loma.
Rezultati numeričke analize primjenom programskog paketa ANSYS, pokazuju zadovoljavajuću saglasnost sa sopstvenim eksperimentalnim podacima.
Na osnovu navedenog, a uzevši u obzir inertnost CFRP materijala na kombinovani uticaj sredine i mehaničkog dejstva, kao i brojne druge prednosti, treba naglasiti da je moguće uspješno, brzo i jednostavno ojačati proste armirano -betonske grede određene starosti, održavajući zahtijevani nivo nosivosti na savijanje i upotrebljivosti. Dobijeni su korisni rezultati koji, pored ostalog, mogu dobro poslužiti i u savremenoj inženjerskoj praksi, imajući u vidu da su ispitivanja starih uzoraka stvarnih dimenzija veoma rijetka.
Corrosion, fatigue and lack of proper maintenance are generally the main causes of the structure deterioration. Various technologies, depending on the type of elements, stresses and materials used, are applied to improve reinforced concrete structures. The external CFRP strengthening of the concrete beams tensioned side has proven to be a successful alternative to the much more expensive replacement of these structures. High tensile strength and modulus of elasticity make this material attractive and practical to strengthen the existing elements.
This work is the result of experimental research conducted in order to determine the contribution of composite material to favorable behavior of old, full-size reinforced concrete T-beams in exploited conditions, under the influence of two types of short-term load and two levels of long-term load. The total of ten beams were specifically designed for this purpose 10 years ago, after literature reviewal finding that data on the experimental testing of strengthened full-size T-samples of certain age were not so common. The tensioned sides of the ribs were strengthened by different lengths of carbon strips. Testing was then performed to determine the effects of a strengthening length, then the effect of concentrated and uniformly distributed short-term load, as well as uniformly distributed long-term load. This was related to the increase of the ultimate capacities of the tested samples, then to the reduction of deflections, strains, crack widths, and also to the change of their fracture mechanism. Thus, the study of parameters influencing the behavior of these samples had a focus on:
- the effect of position and length of the external strengthening;
- the influence of the short-term load type for 2 unstrengthened and 4 strengthened beams;
- the influence of the long-term load level and the duration of load for 4 strengthened beams.
Behavior of strengthened reinforced concrete beams, under the effect of long-term constant load, at stress level of 55% to 85% of the short-term capacity, was the subject of study in this dissertation. All four beams were loaded with a uniform load over the entire length, for the period of 6 months. This load was 55% and 60% of the short-term load capacity, for beams strengthened by longer or shorter strips, respectively. After analyzing the results at the end of that period, it was evident that the examined specimens did not react significantly to the considered load level. That was expected, since the beams were more than 10 years old at the time of strengthening hence the concrete creep process was mostly completed. Also, the carbon strips are the least susceptible to the creep deformations, compared to glass or aramid ones. As the effectiveness of the external strengthening weakens with the load increase, its level was in the next phase increased to about 75-85% of short-term capacity, depending on the length of the strip. This load was kept constant for 4 months until the process was stabilized. In relation to the considered, a detail analysis of the obtained experimental results is done. A comparative analysis with previous research studies was then carried out, in order to verify their conclusions. The response of such systems is analyzed through basic stress-strain effects and through their comparison with unstrengthened control samples.
The examination has shown that this type of strengthening significantly increases the ultimate beam capacity, while reducing the size of deflections and width of cracks. It also affects the behavior of these elements under load and influences the change in their mechanism of fracture.
Extensive long-term testing has shown that reinforced concrete beams loaded with uniform constant load, strengthened with carbon strips of a minimum length of 0.81, are not in the risk of fracture over time.
The results of numerical analysis using the ANSYS software show satisfactory agreement with obtained experimental data.
Based on all of the above stated and considering CFRP material inertness at the combined influence of the environment and the mechanical action, as well as its many other advantages, it should be emphasized that simply supported reinforced concrete beams of a certain age can be rapidly and successfully strengthened with CFRP strips, while maintaining the required level of flexural capacity and serviceability. The results obtained from this experiment are viable and may be of use in modern engineering practices, especially because tests conducted on old, full-size samples are very rare.
composite T-beams, full size, CFRP strip, flexural behavior, experiment, long-term load, creep of concrete
624.012.45:624.042(043.3)
Serbian
15941124
Tekst.
Korozija, zamor i nedostatak pravilnog održavanja su u većini slučajeva glavni uzročnici propadanja konstrukcija. Za njihovu rekonstrukciju primjenjuju se različite tehnologije, u zavisnosti od vrste elementa koji se ojačava, od njegovog naponskog stanja, kao i od upotrijebljenog materijala. Spoljašnje CFRP ojačanje zategnutog pojasa betonske grede pokazalo se kao uspješna alternativa mnogo skupljoj zamjeni ovih elemenata. Visoka čvrstoća na zatezanje i modul elastičnosti čine ovaj materijal atraktivnim i praktičnim za ojačanje postojećih elemenata.
Ovaj rad je nastao kao rezultat eksperimentalnog istraživanja, sprovedenog kako bi se utvrdio doprinos kompozitnog materijala povoljnijem ponašanju greda T-presjeka, realnih dimenzija i određene starosti, u eksploatacionim uslovima, pod uticajem dva tipa kratkotrajnog i dva nivoa dugotrajnog opterećenja. Kako je pregledom literature utvrđeno da su takva eksperimentalna ispitivanja veoma rijetka, u tu svrhu je prije više od 10 godina napravljeno deset predmetnih uzoraka. Oni su ojačavani karbonskim trakama različitih dužina na donjoj, zategnutoj ivici rebra, a zatim su ispitivani na dejstvo koncentrisanog kratkotrajnog i ravnomjernog kratkotrajnog i dugotrajnog opterećenja. Utvrđen je uticaj oba tipa opterećenja kao i različitih dužina ojačanja, kako na mehanizam loma ispitivanih uzoraka, tako i na redukciju njihovih graničnih nosivosti, veličine ugiba, širine prslina i sl. Samim tim, ispitivanje uticajnih parametara na ponašanje uzoraka ojačanih FRP materijalom, fokusirano je na:
- uticaj položaja i dužine spoljašnjeg ojačanja;
- uticaj tipa kratkotrajnog opterećenja za 2 neojačane i 4 ojačane grede;
- uticaj nivoa i dužine trajanja dugotrajnog opterećenja za 4 ojačane grede.
Ponašanje armirano-betonskih greda, pri dejstvu dugotrajnog konstantnog opterećenja, u uslovima nivoa napona od 55% do 85% čvrstoće na kratkotrajno opterećenje, bio je predmet proučavanja u ovom radu. Sve četiri grede su opterećene ravnomjernim opterećenjem po cijeloj dužini, u trajanju od 6 mjeseci. Ovo opterećenje je iznosilo 55%, odnosno 60% nosivosti na kratkotrajno opterećenje, za grede ojačane dužom, odnosno kraćom trakom. Nakon analize rezultata na kraju tog perioda, bilo je evidentno da predmetni uzorci ne reaguju značajno na taj nivo opterećenja, što je bilo očekivano, s obzirom da su grede bile stare 10 godina u trenutku ojačavanja i proces tečenja betona se u najvećoj mjeri završio. Što se tiče vremenskih deformacija karbonskih traka, poznato je da su one, u poređenju sa staklenim ili aramidnim, najmanje podložne tečenju. Kako efikasnost spoljašnjeg ojačanja slabi sa porastom nivoa opterećenja, ono je u sljedećoj fazi povećano na 75-85% nosivosti na kratkotrajno opterećenje, u zavisnosti od dužine trake. Ovo opterećenje je održavano konstantnim u trajanju od 4 mjeseca, sve do stabilizacije procesa.
Nakon sopstvenog eksperimentalnog istraživanja i obrade i analize rezultata, sprovedena je uporedna analiza sa rezultatima istraživanja drugih autora, u cilju donošenja validnih zaključaka. Odgovor ovako definisanih sistema je analiziran preko osnovnih naponsko- deformacijskih efekata i njihove komparacije sa neojačanim kontrolnim uzorcima.
Ovo ispitivanje je pokazalo da primijenjeni tip ojačanja značajno povećava nosivost greda, istovremeno vršeći redukciju veličine ugiba i širine prslina. Takođe utiče na ponašanje ovih elemenata pod opterećenjem i na njihov mehanizam loma.
Opsežnim ispitivanjem na dugotrajna dejstva dokazano je da za armirano-betonske grede određene starosti, ojačane karbonskim trakama minimalne dužine 0.81, ne postoji opasnost da u toku vremena, u eksploatacionim uslovima, mogu biti dovedene u granično stanje loma.
Rezultati numeričke analize primjenom programskog paketa ANSYS, pokazuju zadovoljavajuću saglasnost sa sopstvenim eksperimentalnim podacima.
Na osnovu navedenog, a uzevši u obzir inertnost CFRP materijala na kombinovani uticaj sredine i mehaničkog dejstva, kao i brojne druge prednosti, treba naglasiti da je moguće uspješno, brzo i jednostavno ojačati proste armirano -betonske grede određene starosti, održavajući zahtijevani nivo nosivosti na savijanje i upotrebljivosti. Dobijeni su korisni rezultati koji, pored ostalog, mogu dobro poslužiti i u savremenoj inženjerskoj praksi, imajući u vidu da su ispitivanja starih uzoraka stvarnih dimenzija veoma rijetka.