Date of Award

5-2015

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Civil Engineering (MSCE)

Department

Civil Engineering

First Advisor

Dr. Tamer El Maaddawy

Second Advisor

Dr. Bilal El-Ariss

Third Advisor

Dr. Ayman M. Okeil

Abstract

Accidental reduction in the amount of steel in continuous reinforced concrete (RC) floor slabs is a typical problem that might occur due to an error in design, unclear drawings, or overlooked verification of reinforcement prior to concrete casting. Existence of such deficiencies would compromise the load capacity and serviceability of RC floor slabs. This research examines the effectiveness of using fiber-reinforced polymers (FRP) to improve the structural response of flexure-deficient continuous RC slab strips. The study comprised experimental testing and finite element (FE) modeling. Sixteen two-span RC slab strips, 400 x 125 x 3800 mm each, were tested. Test parameters included the deficiency location, strengthening regime, and amount of FRP. The unstrengthened slab strip deficient in the sagging region had 22% lower load capacity and 64% higher deflection-based ductility index compared with those of its counterpart deficient in the hogging region. Strengthening with FRP improved the load capacity and stiffness of the deficient slab strips. The FRP strengthening tended to decrease the ductility index of the slab strips deficient in the sagging regions. Conversely, the ductility index of the slab strips deficient in the hogging region tended to increase after strengthening. The strength gain caused by strengthening was in the range 29% to 69% for the slab strips deficient in the sagging regions and 14% to 44% for those deficient in the hogging region. Increasing the amount of FRP resulted in an increase in the load capacity but the additional strength gain was, generally, not proportional to the added amount of FRP. Increasing the amount of FRP had, typically, less significant effect on the load capacity of the slabs deficient in the hogging region than in the sagging region. vii Strengthening of deficient regions reduced the moment redistribution ratios. The ratios further decreased as the amount of FRP in the deficient region increased. A maximum moment redistribution ratio of +32% was recorded for the strengthened slab strips. The FE models developed in this study predicted the nonlinear structural response of the tested continuous RC slab strips with a high

Comments

إن نقص كمية حديد التسليح في بلاطات أسقف الخرسانة المسلحة المتصلة بشكل غير مقصود قد يحدث بسبب خطأ في التصميم، أو بسبب رسومات إنشائية غير واضحة، أو تغا ض عن التحقق من توزيع حديد التسليح قبل صب الخرسانة. إن حدوث مثل هذا النقص في حديد التسليح يضرّ بقدرة تحمل وكفاءة بلاطات الأسقف الخرسانية المسلحة. يتناول هذا البحث فعالية استخدام المواد المركبة لتحسين الاستجابة الإنشائية لشرائح البلاطات الخرسانية المسلحة التي تعاني من نقص في حديد التسليح في أماكن عزوم الانحناء الموجب أو السالب. تضمنت الدراسة تجارب معملية ومحاكاة عددية. تم تجهيز واختبار 16 عينة ذات قياسات موحدة بعرض 400 مم، وعمق 125 مم، وطول إجمالي 3800 مم لكل عينة. شملت معايير الاختبار على موضع نقص حديد التسليح بين أماكن عزم الانحناء الموجب أو السالب، ونوع نظام التقوية بالمواد المركبة، وكمية المواد المركبة المستخدمة كبديل عن نقص حديد التسليح. إن قوة التحمل للعينة التي تعاني من نقص في حديد التسليح في منطقة الانحناء الموجب كانت أقل بمقدار 22 % من نظيرتها ذات الحديد الناقص في منطقة الانحناء السالب. في المقابل كان مؤشر الليونة أعلى بمقدار 64 %. إن استخدام المواد المركبة كان فعّالاً في تحسين قوة التحمل والصلابة للعينات التي تعاني من نقص في حديد التسليح. التقوية باستخدام المواد المركبة أدى، بشكل عام، إلى تقليل مؤشر الليونة للعينات ذات الحديد الناقص في أماكن عزم الانحناء الموجب. على العكس، مؤشر الليونة للعينات ذات الحديد الناقص في منطقة الانحناء السالب كان، بشكل عام، يميل إلى الزيادة بعد التقوية بالمواد المركبة. كانت نسبة الزيادة في قوة التحمل للعينات ذات الحديد الناقص في أماكن الانحناء الموجب في نطاق 29 % إلى 69 %، بينما كانت الزيادة لنظيراتها ذات الحديد الناقص في أماكن الانحناء السالب في نطاق 14 % إلى 44 %. زيادة كمية المواد المركبة المستخدمة في التقوية زاد من قوة التحمل ولكن لم تكن نسبة الزيادة في قوة التحمل بنفس نسبة زيادة كمية المواد المركبة. كان تأثير زيادة كمية المواد المركبة المستخدمة في تقوية العينات ذات الحديد الناقص في أماكن الانحناء السالب أقل بشكل عام من نظيراتها ذات الحديد الناقص في أماكن الانحناء الموجب. ix إن تقوية شرائح البلاطات الخرسانية المتصلة ذات الحديد الناقص بالمواد المركبة أدّى إلى تخفيض نسب توزيع عزوم الانحناء. وانخفضت نسب توزيع عزوم الانحناء أكثر بزيادة كمية المواد المركبة في المناطق التي تعاني من نقص في كمية حديد التسليح. تم تسجيل أعلى نسبة توزيع عزوم الانحناء بقيمة + 32 % لإحدى العينات المقواة بالمواد المركبة. استطاع النموذج النظري الذي تم طرحه في دراسة المحاكاة العددية أن يتنبأ بالاستجابة الانشائية الغير خطية لشرائح البلاطات المتصلة التي تم اختبارها في هذا البحث بدقة عالية. كانت نتائج المحاكاة العددية والتجارب المعملية في توافق جيد. كلمات

Share

COinS