BEHAVIOR OF HIGH STRENGTH CONCRETE BEAMS REINFORCED WITH (GFRP) BARS | ||
| Journal of Al-Azhar University Engineering Sector | ||
| Article 6, Volume 16, Issue 61, October 2021, Pages 1056-1075 PDF (1 M) | ||
| Document Type: Original Article | ||
| DOI: 10.21608/auej.2021.207642 | ||
| Authors | ||
| Mohamed Hamdy Elnagar1; Saeed Ahmed Hasanine1; Mohamed Nooman1; El-Sayed Abdel Raouf2 | ||
| 1Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Al-Azhar University, Cairo, Egypt. | ||
| 2CivilEngineering Department, Faculty of Engineering, Ain Shams University, Cairo, Egypt. | ||
| Abstract | ||
| 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. يزداد البحث عن بديل لحديد التسليح غير قابل للتآکل يوميًا، خاصة في المنشآت المعرضة لهجمات کيميائية مثل الکربنة في الظروف البيئية القاسية. وأصبحت قضبان البوليمر المقواة بالألياف الزجاجية (GFRP) رائدة في البدائل بسبب مزاياها العديدة مثل قوة الشد العالية وخفة الوزن وخصائص مقاومة التآکل. في هذا البحث، لوحظ حمل الشروخ الأولية وحمل الانهيار الأقصى وسلوک انتشار الشروخ ومنحنيات الحمل مع سهم الانحناء والأضرار التي لحقت بالعينات في مرحلة الانهيار لکمرات خرسانية عالية المقاومة (HSCBs) المقواة بقضبان GFRP من خلال دراسة تجريبية ومن 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 ويتضمن تفاصيل التسليح الطولي والعرضي. تم التحقق من النموذج التحليلي المقترح تجريبياً من خلال دراسة تجريبية أجريت لثلاث کمرات. تم تسليح العينة الأولى بقضبان حديد التسليح التقليدي؛ وتسليح العينة الثانية بقضبان GFRP والعينة الثالثة تم تسليحها بقضبان GFRP بالإضافة إلى ألياف حديد بحجم 1.0٪. تم الحصول على اتفاق وثيق بين النتائج التجريبية والنتائج التحليلية المقابلة. ثم تم استخدام النموذج المتحقق منه لدراسة تأثير التغير في مقاومة الضغط للخرسانة ونسبة تسليح GFRP الطولية على سلوک الکمرات الخرسانية المسلحة في الانحناء. کان السلوک في الکمرات الخرسانية المسلحة بـ GFRP مختلفًا مع تغير مقاومة الخرسانة ونسبة GFRP عند تعرضها لحمل معين ، حيث عند استخدام نسبة GFRP تصل إلى 0.5٪ مع HSC تساوي أو تزيد عن 60 ميجا باسکال ، حدث التمزق لقضبان GFRP قبل تکسير الخرسانة ؛ کما لوحظ أن استبدال حديد التسليح بقضبان GFRP يسرع من ظهور الشروخ الأولية ويزيد من الحمل الأقصى في HSCBs ، حيث الشرخ الأول في الکمرات المسلحة بقضبان GFRP والکمرات المسلحة بقضبان GFRP المحتوية على 1.0٪ من الياف الحديد والکمرات المسلحة بقضبان حديد التسليح التقليدي يظهر عند حمل مقداره 22.5 کيلو نيوتن و 29 کيلو نيوتن و 42 کيلو نيوتن على التوالي. وقد بلغت الصلابة الرأسية لـ HSCBs المسلحة بقضبان حديد التسليح التقليدي حوالي 3.5 مرة و2.6 مرة من صلابة HSCBs المسلحة بقضبان GFRP وHSCBs المسلحة بقضبان GFRP المحتوية على 1.0 ٪ من الألياف على التوالي. | ||
| Keywords | ||
| High Strength; GFRP; FEA; Corrosion; Cracks; Concrete Beam; ANSYS; Steel Fiber. مقاومة عالية،البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية،العناصر المحدودة،التآکل; شروخ; ألياف الحديد; کمرات مسلحة; انسيز | ||
|
Statistics Article View: 282 PDF Download: 262 |
||
