Date of Award

12-2014

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Civil Engineering (MSCE)

Department

Civil Engineering

First Advisor

Dr. Tamer El Maaddawy

Second Advisor

Dr. Said ElKhouly

Third Advisor

Dr. Mark Green

Abstract

Installation of cutouts in existing reinforced concrete (RC) floor slabs to accommodate utility services reduces the slab load capacity and ductility. This research examines the effectiveness of using near-surface-mounted (NSM) carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) reinforcement to improve the flexural response of continuous RC slabs with cutouts. The study comprised experimental testing and analytical modeling. A total of eleven two-span RC slab strips, 400 x 125 x 3800 mm each, were tested. Test parameters included the location of the cutout, and amount and distribution of the NSM-CFRP reinforcement between the sagging and hogging regions. Installation of a cutout in the sagging region reduced the load capacity and ductility index by 27% and 12%, respectively. When the cutout was installed in the hogging region, a 23% reduction in both load capacity and ductility index was recorded. The NSM-CFRP strengthening fully restored the original load capacity of all deficient specimens, except one specimen with a cutout in the hogging region where only 90% of the original load capacity was restored. The enhancement in load capacity due to strengthening was in the range of 53% to 81% for the specimens with a cutout in the sagging region and 18% to 54% for the specimens with a cutout in the hogging region. The ductility index of the specimens strengthened in the sagging region only was, on average, 16% lower than that of the control specimen, whereas for the specimens strengthened in the hogging region only, the ductility index was almost the same as that of the control slab. For the specimens heavily strengthened in both sagging and hogging regions, the ductility index was on average 40% lower vii than that of the control slab. A maximum moment redistribution ratio of 26% was recorded for the continuous RC slabs strengthened with NSM-CFRP. An analytical model that can predict the load capacity of two-span RC slab strips containing cutouts and strengthened with NSM-CFRP has been introduced. The ratio of the predicted to measured load capacity was in the range of 0.74 to 1.02 with an average of 0.85, standard deviation of 0.09, and coefficient of variation of 10%.

Comments

إن احداث فتحات في البلاطات الخرسانية المسلحة من أجل استيعاب خدمات المرافق، يؤدى الى تخفيض قدرة تحمل البلاطة وليونتها. يتناول هذا البحث فعالية استخدام البوليمر المقوى بالألياف الكربونية والمثبت في ممرات سطحية لتحسين قدرة تحمل البلاطات الخرسانية التي تحتوي على فتحات. وتضمنت الدراسة اجراء اختبارات معملية وطرح نموذج تحليليي. تم اختبار عدد إحدى عشر بلاطة خرسانية مسلحة من مقطعين بأبعاد 400 × 125 × 3800 مم. تضمنت متغيرات البحث موقع الفتحات في جسم البلاطات الخرسانية المسلحة، وعدد شرائح البوليمر المقوى بالألياف الكربونية المثبتة في ممرات سطحية وتوزيعها بين مناطق الارتخاء والتقوس . احداث فتحات في مناطق الارتخاء أدى الى تخفيض قدرة التحمل ومؤشر الليونة بنسبة 27 ٪ و 12 ٪ على التوالي. عندما تم احداث فتحات في منطقة التقوس لوحظت نسبة انخفاض قدرها 23 ٪ في كل من قدرة التحمل ومؤشر الليونة. استخدام البوليمر المقوى بالألياف الكربونية المثبت في ممرات سطحية أدى الى استعادة جميع عينات البلاطات الخرسانية التي تحتوي على فتحات لقدرة التحمل الأصلية بالكامل، باستثناء عينة واحدة تحتوي على فتحة في منطقة التقوس حيث تم استعادة 90 ٪ فقط من قدرة التحمل الأصلية. نسبة زيادة قدرة التحمل للبلاطات التي تحتوي على فتحات في منطقة الارتخاء كانت في حدود 53 ٪ إلى 81 ٪ اما بالنسبة للعينات التي تحتوي على فتحات في منطقة التقوس فكانت نسبة زيادة قدرة التحمل في ix حدود 18 ٪ إلى 54 ٪. كان مؤشر الليونة في العينات التي تم تقويتها في منطقة الارتخاء فقط، 16 ٪ اقل من مؤشر الليونة لعينة التحكم، في حين أن العينات التي تم تقويتها في منطقة التقوس فقط، كان مؤشر الليونة مشابها تقريبا لمؤشر عينة التحكم. بالنسبة الى العينات التي تم تقويتها في مناطق الارتخاء والتقوس في وقت واحد كان مؤشر الليونة أقل بنسبة 40 ٪ مقارنة بمؤشر الليونة لعينة التحكم. وكانت النسبة القصوى لمؤشر إعادة توزيع أحمال الانحناء 26 ٪ في البلاطات الخرسانية المستمرة التي تحتوي على فتحات والتي تم تقويتها بالبوليمر المقوى بالألياف الكربونية المثبت في ممرات سطحية. تم طرح نموذج تحليلي يمكنه أن يتنبأ بقدرة التحمل للبلاطات الخرسانية المكونة من مقطعين وتحتوي على فتحات وتم تقويتها البوليمر المقوى بالألياف الكربونية المثبت في ممرات سطحية. كانت نسبة قدرة التحمل التي تم حسابها باستخدام النموذج التحليلي مقارنة بقدرة التحمل من التجربة المعملية في حدود 0.74 إلى 1.02 مع متوسط 0.85 ومعيارانحراف قدره 0.09 ، ومعامل اختلاف قدره 10 .٪

Share

COinS