EN The influence of short-term static load on behaviour of basalt-fiber reinforced polymer reinforced concrete beams

polski

PL W pracy doktorskiej podjęto tematykę krótkotrwałego zachowania się zginanych elementów betonowych zbrojonych prętami kompozytowymi z włókna bazaltowego. Głównym celem rozprawy było zidentyfikowanie mechanizmu zniszczenia belek betonowych zbrojonych prętami BFRP zróżnicowanych pod względem stopnia zbrojenia oraz klasy betonu, a także określenie wpływu stopnia zbrojenia na nośność i ugięcia tych elementów. W pracy wyróżniono następujące cele cząstkowe: • określenie wpływu stopnia zbrojenia przekroju i klasy betonu na nośność i mechanizm zniszczenia rozważanych elementów, • określenie wpływu stopnia zbrojenia przekroju na ugięcia badanych elementów, • ocena możliwości zastosowania znanych modeli analitycznych do opisu zachowania się rozważanych elementów, • stworzenie modelu numerycznego badanych belek w celu szerszej analizy problemu. W rozdziale 2 przeprowadzono krytyczny przegląd literatury, na podstawie którego stwierdzono, iż krótkotrwałe właściwości mechaniczne (wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości podłużnej, odkształcenie graniczne) zbrojenia bazaltowego BFRP i szklanego GFRP są bardzo zbliżone. Ponadto wykazano, że pręty bazaltowe i szklane charakteryzują się podobną przyczepnością do betonu. Przeprowadzone studia literaturowe pozwoliły na zaplanowanie programu badań doświadczalnych. W pierwszej kolejności zbadano właściwości mechaniczne zbrojenia bazaltowego. Wyniki badań potwierdziły, iż zastosowane w pracy zbrojenie ma właściwości mechaniczne zbliżone do zbrojenia szklanego. W celu określenia wpływu stopnia zbrojenia i klasy betonu na zachowania się zginanych elementów betonowych zbrojonych prętami bazaltowymi zbadano cztery pary belek zróżnicowanych pod względem klasy betonu (C30/37 i C40/50) i stopnia zbrojenia (0.20%, 0.34%, 0.57%). Wyniki badań wykazały, iż stopień zbrojenia ma istotny wpływ na nośność, mechanizm zniszczenia oraz ugięcia analizowanych elementów, a klasa betonu ma istotny wpływ na nośność i mechanizm zniszczenia tych elementów. W oparciu o wyniki badań laboratoryjnych zbudowano modele numeryczne rozważanych belek. Po pozytywnie przeprowadzonej walidacji, modele te zmodyfikowano w zakresie stopnia zbrojenia i klasy betonu i zasymulowano zachowanie się belek o zwiększonym stopniu zbrojenia (1.0%, 2.0%, 3.0%, 4.0%) oraz wykonanych z betonu niższej klasy (C20/25). Rezultaty symulacji numerycznych potwierdziły, że wnioski wyciągnięte na podstawie wyników badań doświadczalnych są aktualne również dla belek o zwiększonym stopniu zbrojenia i wykonanych z betonu niższej klasy. W celu sprawdzenia możliwości zastosowania znanych instrukcji projektowych i modeli analitycznych do opisu zachowania się rozważanych belek, porównano wyniki badań doświadczalnych, symulacji komputerowych i analiz teoretycznych. Stwierdzono, że zalecenia projektowe ACI [N2], CNR [N4], ISIS [N7], JSCE [N8] prawidłowo przewidują mechanizm zniszczenia i prawidłowo szacują wartości granicznych stopni zbrojenia oraz nośności na zginanie elementów betonowych zbrojonych prętami bazaltowymi. Ponadto wykazano, iż instrukcje projektowe: ACI [N4], CNR [N4], CSA [N6], ISIS [N7], EC2 [N14] oraz modele analityczne: Bischoffa [21], Bischoffa i Grossa [22] oraz Faza i GangaRao [39] prawidłowo opisują przebieg deformacji analizowanych elementów, a wartości ugięć obliczone według wytycznych ACI i EC2 oraz modeli Bischoffa i Bischoffa z Grossem są najbardziej zbliżone do ugięć rzeczywistych.

EN The object of this PhD thesis is short-term behavior of basalt-fiber reinforced polymer (BFRP) reinforced concrete (RC) beams. The main objective of the paper was to investigate the failure mechanism, flexural capacity and deflections of simply supported BFRP RC beams depending on the reinforcement ratio and the strength of concrete. On the basis of the state of the art, it was found that short-term mechanical properties (tensile strength, modulus of elasticity and rupture strain) of basalt (BFRP) and glass (GFRP) fiber reinforced polymer reinforcement are similar. Furthermore it was shown that the bond properties of BFRP and GFRP bars are also comparable. First mechanical properties of BFRP bars were examined. The results of the tests confirmed that BFRP bars used in this paper have the tensile strength, modulus of elasticity and rupture strain similar to those of GFRP reinforcement. Then tests of 8 (4 pairs) simply supported BFRP RC beams subjected to four-point bending were carried out. Three different amounts of BFRP reinforcement (0.20%, 0.34%, 0.57%) and two different grades of concrete (C30/37 i C40/50) were used. On the basis of the results, it can be said that the reinforcement ratio has a significant influence on the flexural strength, failure mode and stiffness of BFRP RC beams, whereas the grade of concrete has a considerable effect on the flexural strength and failure mode of such members. On the basis of the results of laboratory tests finite element (FE) models of analyzed beams were created. There was good agreement between the experimental and numerical results. Then FE models of beams with higher reinforcement ratio (1.0%, 2.0%, 3.0%, 4.0%) and with lower grade of concrete (C20/25) were created. The results of FE analysis showed that the conclusions from the laboratory tests are proper also for the elements with higher reinforcement ratio and with lower grade of concrete. The results of the experiments and FE analysis were compared with theoretical predictions obtained based on the existing design guides [N2, N4, N6, N7, N8, N14] and analytical models [21, 22, 39]. It was found that the failure mechanism, flexural capacity and balanced reinforcement ratio obtained from design rules ACI [N2], CNR [N4], ISIS [N7] and JSCE [N8] are in good agreement with the results of the tests and FE simulations. Furthermore it was observed that values of deflections of BFRP RC beams calculated according to design rules ACI, EC2 and analytical models [21, 22] are close to actual ones. This PhD thesis presents the results of an experimental, theoretical and FE studies of the flexural behaviour of BFRP RC beams. Based on these results, the following conclusions may be drawn: The reinforcement ratio has a significant influence on the flexural strength, failure mode and stiffness of BFRP RC beams. The grade of concrete has a significant influence on the flexural strength and failure mode of BFRP RC beams. BFRP RC beams under short-term static load can be designed, in terms of the flexural capacity and deflections, according to the same analytical models and design guides as AFRP, CFRP and GFRP RC beams.

118

DrOIN 1758

to201680823

Przewód na starych zasadach – brak niektórych informacji

brak uprawnień do pobrania pliku

archiwum

Maria Kaszyńska

Szczecin, Polska

17.10.2016

polski

brak uprawnień do pobrania pliku

archiwum

Ryszard Sygulski

Poznań, Polska

17.10.2016

polski

brak uprawnień do pobrania pliku

archiwum

rozprawa doktorska

Poznań, Polska

07.11.2016

Rada Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Poznańskiej

doktor nauk technicznych w dyscyplinie: budownictwo, w specjalności: konstrukcje budowlane