Date of Award

11-2019

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Civil Engineering (MSCE)

Department

Civil and Environmental Engineering

First Advisor

Tamer A. El Maaddawy

Second Advisor

Bilal El-Ariss

Third Advisor

Abdeldjelil "DJ" Belarbi

Abstract

Installation of a web opening that fully interrupts the natural load path in concrete deep beams produces regions of extreme discontinuities and reduces the shear strength. This research examined the effectiveness of using near-surface-mounted carbon fiber-reinforced polymer (NSM-CFRP) reinforcement to restore the shear strength of deep beams with extreme discontinuities. The strut-and-tie model (STM) procedures were utilized to develop three different strengthening solutions around the discontinuity regions. A total of eight deep beam specimens (150 x 500 x2700 mm) with a shear span-to-depth ratio of a/h = 0.8 were constructed and tested. One beam was solid. Seven beams had a square opening in the middle of the shear span with an opening height ratio of ho/h = 0.2. Six beams were strengthened with NSM-CFRP around the discontinuity regions. Three-dimensional finite element (FE) models were developed to simulate the nonlinear behavior of the tested specimens. Experimental results were compared to predictions of the FE models and the STM design solutions to examine their accuracy and validity. Installation of the web opening resulted in a 40% reduction in the shear strength. The NSM-CFRP strengthening solutions fully restored the original shear strength, except in two cases where only 93% and 94% of the capacity were restored. The laboratory test results were used to determine the optimal NSM-CFRP strengthening solution. The STM based on provisions of the American Concrete Institute provided realistic and consistent predictions for the nominal strength of the tested specimens with an average predicted-to-measured strength ratio of 1.01±0.09. In contrast, the STM predictions based on provisions of the Canadian Standards Association tended to be conservative with an average predicted-to-measured strength ratio of 0.71±0.29. Predictions of the FE models were sensitive to the mesh size and the concrete constitutive law adopted in the analysis. The inclusion of a bond-slip model between the CFRP and concrete resulted in up to a 5% reduction in the predicted strength. The use of a small mesh size of 15 mm and a “user” concrete constitutive law rather than a “default” law yielded more accurate predictions that were insignificantly different from those obtained from the tests

Comments

إن شق فتحات تقطع مسار الحمل الطبيعي بشكل كلي في الجسور الخرسانية العميقة يؤدي إلى تكوين مناطق انقطاعات قصوى وانخفاض قوة القص. يتناول هذا البحث فعالية استخدام المواد المركبات المثبتة في ممرات قريبة من سطح الخرسانة لاستعادة قوة التحمل في الجسور العميقة ذات الانقطاعات القصوى. تم استخدام نظرية الشد والضغط (strut-and-tie model ) لتطوير ثلاث تصاميم للتقوية حول مناطق الانقطاعات. تم انشاء واختبار ثماني عينات من الجسور العميقة 150 x 500 x 2700)مم ) مع نسبة مسافة الق ص-الى-العمق تساوي 0.8 . واحد من الجسور كان صلبا. اما سبعة من الجسور احتوت على فتحات في منتصف مسافة القص مع نسبة ارتفاع للفتحة تساوي 0.2 من عمق الجسر. ستة من الجسور تم تقويتها بواسطة المواد المركبات المثبتة في ممرا ت قريبة من سطح الخرسانة متموضعة حول الانقطاعات القصوى. تم تطوير نماذج العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد لمحاكاة السلوك الغير خطي للعينات. تم مقارنة نتائج الاختبارات المعملية مع تنبؤات نماذج العناصر المحدودة ونماذج نظرية الشد والضغط ( (Strut – and- tie model لاختب ار مدى دقة وصلاحية هذه التنبؤات. إن وجود الفتحات أدى الى خفض قوة القص في الجسور بنسبة 40 %. نجحت طريقة التقوية في استعادة قوة القص كاملة باستثناء حالتين، حيث تم استعادة 93 % و 94 % فقط من قوة القص. استخدمت نتائج الاختبارات المعملية في تحديد أمثل حل تقوية باستخ دام المواد المركبات المثبتة في ممرات قريبة من سطح الخرسانة. التنبؤات الناتجة عن نظرية الشد والضغط (Sturt – and –tie model) باستخدام الأحكام الأمريكية كانت واقعية ومتناسقة حيث كان متوسط نسبة القوة المتوقعة-إلى-المقاسة يساوي 1.01±0.09. في المقابل، كانت التنبؤات الناتجة عن نظرية الشد والضغط ( strut-and-tie model ) باستخدام الأحكام الكندية محافظة وكان متوسط نسبة القوة المتوقعة-إلى-المقاسة يساوي 0.71±0.29 أما تنبؤات نماذج العناصر المحدودة كانت حساسة لحجم الشبكة والقانون التأسيسي للخرسانة المستخدمان. تضمين نموذج الربط –الانزلاق (Sturt – and –tie model ) . بين المواد المركبات والخرسانة إلى خفض القوة المتنبئة بنسبة تصل الى 5% استخدام حجم شبكة صغيرة بمقدار 15 مم وقانون التأسيسي للخرسانة “user” عوضا عن قانون "default" إلى التوصل لتنبؤات أدق، حيث كانت التنبؤات مختلفة بشكل ضئيل عن نتائج الاختبارات

Download

Share

COinS