Behavior of high strength concrete beams reinforced with (GFRP)‎ bars

Other Title(s)

سلوك الكمرات عالية المقاومة المسلحة بأسياخ من البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية

Joint Authors

al-Najjar, Muhammad Hamdi
Nasr, al-Sayyid Abd al-Rauf
Hassanin, Said Ahmad

Source

Journal of al Azhar University : Engineering Sector

Issue

Vol. 16, Issue 61 (31 Oct. 2021), pp.1056-1075, 20 p.

Publisher

al-Azhar University Faculty of Engineering

Publication Date

2021-10-31

Country of Publication

Egypt

No. of Pages

20

Main Subjects

Civil Engineering

Topics

Abstract AR

يزداد البحث عن بديل لحديد التسليح غير قابل للتآكل يوميا، خاصة في المنشآت المعرضة لهجمات كيميائية مثل الكربنة في الظروف البيئية القاسية.

و أصبحت قضبان البوليمر المقواة بالألياف الزجاجية (GFRP) رائدة في البدائل بسبب مزاياها العديدة مثل قوة الشد العالية وخفة الوزن و خصائص مقاومة التآكل.

في هذا البحث، لوحظ حمل الشروخ الأولية و حمل الانهيار الأقصى و سلوك انتشار الشروخ و منحنيات الحمل مع سهم الانحناء و الأضرار التي لحقت بالعينات في مرحلة الانهيار لكمرات خرسانية عالية المقاومة (HSCBs) المقواة بقضبان GFRP من خلال دراسة تجريبية و من خلال طريقة تحليل العناصر المحدودة (FEA).

حيث تم عمل نموذج ثلاثي الأبعاد من HSCBs باستخدام طريقة العناصر المحدودة اللاخطية.

يأخذ النموذج المقترح في الاعتبار تأثير الشروخ في الخرسانة و يتضمن تفاصيل التسليح الطولي و العرضي.

تم التحقق من النموذج التحليلي المقترح تجريبيا من خلال دراسة تجريبية أجريت لثلاث كمرات.

تم تسليح العينة الأولى بقضبان حديد التسليح التقليدي؛ و تسليح العينة الثانية بقضبان GFRP و العينة الثالثة تم تسليحها بقضبان GFRP بالإضافة إلى ألياف حديد بحجم 1.0٪.

تم الحصول على اتفاق وثيق بين النتائج التجريبية و النتائج التحليلية المقابلة.

ثم تم استخدام النموذج المتحقق منه لدراسة تأثير التغير في مقاومة الضغط للخرسانة و نسبة تسليح GFRP الطولية على سلوك الكمرات الخرسانية المسلحة في الانحناء.

كان السلوك في الكمرات الخرسانية المسلحة بـ GFRP مختلفا مع تغير مقاومة الخرسانة و نسبة GFRP عند تعرضها لحمل معين، حيث عند استخدام نسبة GFRP تصل إلى 0.5٪ مع HSC تساوي أو تزيد عن 60 ميجا باسكال، حدث التمزق لقضبان GFRP قبل تكسير الخرسانة؛ كما لوحظ أن استبدال حديد التسليح بقضبان GFRP يسرع من ظهور الشروخ الأولية و يزيد من الحمل الأقصى في HSCBs، حيث الشرخ الأول في الكمرات المسلحة بقضبان GFRP و الكمرات المسلحة بقضبان GFRP المحتوية على 1.0٪ من الياف الحديد و الكمرات المسلحة بقضبان حديد التسليح التقليدي يظهر عند حمل مقداره 22.5 كيلو نيوتن و 29 كيلو نيوتن و 42 كيلو نيوتن على التوالي.

وقد بلغت الصلابة الرأسية لـ HSCBs المسلحة بقضبان حديد التسليح التقليدي حوالي 3.5 مرة و 2.6 مرة من صلابة HSCBs المسلحة بقضبان GFRP و HSCBs المسلحة بقضبان GFRP المحتوية على 1.0 ٪ من الألياف على التوالي.

Abstract EN

The search for a non-corrosion alternative for steel reinforcement expands daily, especially in construction exposed to chemical attacks such as carbonation in aggressive environmental conditions.

Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) bars have become a pioneer in alternatives because of its many advantages such as high tensile strength, lightweight and corrosion-resistant characteristics.

In this research, the cracking loads, ultimate loads, crack propagation behavior, load-deflection curves, and the damage to beams were observed at the failure stage for high strength concrete beams (HSCBs) reinforced with GFRP bars through finite element analysis (FEA).

A three-dimensional, finite element model of a reinforced HSCB was proposed using non-linear finite elements software.

The proposed model considers the impact of cracks in concrete and includes the details of longitudinal as well as transverse reinforcement.

The proposed analytical model was verified experimentally through an experimental study conducted for three simply supported beam specimens.

The first specimen was reinforced in flexure with steel bars; the second specimen was reinforced with GFRP bars, and the third specimen was reinforced with GFRP bars in addition to steel fibers with volume of 1.0% .

A close agreement between the experimental results and the corresponding analytical results was obtained.

Then, the verified model was used to study the effect of the change in the compressive strength of concrete and the ratio of longitudinal GFRP bars on the behavior of the reinforced concrete beams.

The behavior in GFRP-reinforced concrete beams was different with the change of concrete strength and GFRP ratio when subjected to a given load, where when using a GFRP ratio up to 0.5% with HSC equal to or more than 60 MPa, the rupture of the GFRP bars occurred before crushing in the concrete; Also, it was noted that the replacement of steel reinforcement with GFRP bars accelerates the appearance of the initial cracks and increases the failure load in HSCBs, where the first crack in the beams reinforced with, GFRP bars, GFRP bars and containing 1.0 % of steel fiber, and steel bars were 22.5 kN, 29 kN, and 42 kN respectively.

The vertical stiffness for the HSCBs reinforced with steel bars reached about 3.5 times and 2.6 times from the stiffness of the HSCBs reinforced with GFRP bars and the HSCBs containing 1.0 % of steel fiber reinforced with GFRP bars respectively.



American Psychological Association (APA)

al-Najjar, Muhammad Hamdi& Nasr, al-Sayyid Abd al-Rauf& Hassanin, Said Ahmad& Numan, Muhammad Taha. 2021. Behavior of high strength concrete beams reinforced with (GFRP) bars. Journal of al Azhar University : Engineering Sector،Vol. 16, no. 61, pp.1056-1075.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1306913

Modern Language Association (MLA)

al-Najjar, Muhammad Hamdi…[et al.]. Behavior of high strength concrete beams reinforced with (GFRP) bars. Journal of al Azhar University : Engineering Sector Vol. 16, no. 61 (2021), pp.1056-1075.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1306913

American Medical Association (AMA)

al-Najjar, Muhammad Hamdi& Nasr, al-Sayyid Abd al-Rauf& Hassanin, Said Ahmad& Numan, Muhammad Taha. Behavior of high strength concrete beams reinforced with (GFRP) bars. Journal of al Azhar University : Engineering Sector. 2021. Vol. 16, no. 61, pp.1056-1075.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1306913

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

-

Record ID

BIM-1306913