KFUPM ePrints

BEHAVIOR AND MODELING OF CFRP RETROFITTED SANDSTONE BLOCK MASONRY WALLS

l BEHAVIOR AND MODELING OF CFRP RETROFITTED SANDSTONE BLOCK MASONRY WALLS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (MS Thesis ) - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 28 July 2016.

9Mb

Arabic Abstract

تعتبر الجدران الحجرية من أقدم العناصر الانشائية التي ظلت مستمرة حتى يومنا هاذا في جميع أنحاء العالم. معظمها منتشر في المناطق الأثرية البارزة كدليل عن ما انجزه اجدادنا خلال العصور القديمة. في الواقع، معظم المباني التاريخية القائمة شيدت من دون الأخذ بعين الاعتبار مخاطر الزلازل. لهذا لا تمتلك هذه المباني القدرة الكافية لتبديد الطاقة الناجمة من الحركة الاهتزازية للزلازل. من الواضح أن معظم المباني التراثية التي شيدت إلى أوائل القرن التاسع عشر هي مباني ذو هياكل بنائية غير مقواة(URM) . ونتيجة لذلك، ظهرت هناك رغبة ملحة في اتجاه تقوية وترميم هذه المباني لتحسين قدرتها على تحمل الاضرار الزلزالية المحتملة, وبالتالي الاحتفاظ بهذه المباني التراثية, انعكس ذلك من خلال العديد من الابحاث التي أجريت في هذا المجال. إستخدام CFRP (البوليمرات المقواة من ألياف الكربون) هي واحدة من التقنيات المستخدمة لتقوية هياكل URM. المملكة العربية السعودية تمتلك مزيجاً فريداً من المباني التاريخية التي شيدت باستخدام طوب من الحجر الرملي. رغم ذلك، الابحاث التي اجريت في مجال تعزيز وتقوية الهياكل البنائية المبنية من هذا النوع من الحجر باستخدام CFRP نادرة إلى حد ما، مما دفع بنا الى تقديم هذا المشروع البحثي في استخدام CFRP كتقنية تعزيز وتقوية من أجل تجنب احتمال حدوث اضرار جسيمة لهذه المباني التي تمثل ارث تاريخي للمجتمع السعودي في حال وقوع حدث زلزالي لاسمح الله. في هذا المشروع البحثي , تم تنفيذ دراسة مختبرية وتحليلية وذلك لفهم سلوك الجدار المعزز المبني من الحجر الرملي عندما يتعرض لتحميل دوري. التجارب المعملية التي تم تنفيذها في مختبر المنشآت الثقيلة في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن (KFUPM), اشتملت على فحص واختبار ثلاثة عينات من الجدران المبنية من الحجر الرملي بحيث أن كل عينة تم تحميلها محورياً ومن ثم جانبيأ. أحد هذه العينات غير مقواة (بحالتها الطبيعية) بينما بقية العينات مقواة ومعززة بالياف الكربون CFRP بتركيبات مختلفة. القوة وتبديد الطاقة وانماط الشقوق والصدوع وانواع انهيار الجدران وأداء الجدران المعززة بتركيبات مختلفة لCFRP. كل هذه الخصائص تم دراستها والبحث فيها استناداً على نتائج التجارب المعملية على عينات الجدران. في جانب الدراسة التحليلية العددية، تنفيذ طريقة العناصر المتناهية باستخدام برنامج ABAQUS من أجل الحصول على معرفة شاملة عن سلوك الجدران المبنية من الحجر الرملي معززة بتركيبات مختلفة لCFRPعندما تتعرض لأحمال دورية محاكية للواقع. ثبت من خلال هذه الدراسة البحثية أن CFRP يعتبر خيار موثوق وفعال في إعادة تأهيل وتقوية جدران البناء. أيضاً أسفرت هذه الدراسة البحثية عن تطابق جيد بين نتائج الدراسة التحليلية العددية FEM ونتائج التجارب المعملية مؤكدةً أن FEM يمكن استخدامه كطريقة فعالة للتنبؤ بسلوك هياكل البناء سواء كانت معززة او غير معززة تحت تأثير الحمل الزلزالي المحاكي للواقع.

English Abstract

Stone block wall is considered as the oldest building construction member that has lasted until today, being built all over the world, mostly in remarkable heritage regions as a trace of what our ancestors had achieved in the ancient history. In fact, the majority of existing historical buildings were constructed without taking into account the earthquake hazard. These buildings consequently do not have enough capacity to dissipate the energy resulted from the excitation action during earthquake event. It is visible that most of the heritage buildings constructed in early nineteenth century and before are unreinforced masonry (URM) structures. As a result, an urgent desire has emerged in the direction of retrofitting these buildings to improve their ability to withstand potential seismic damage and thereby reserving the heritage buildings which reflected by many investigations carried out in this area. Application of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymers) is one of the techniques used for strengthening of URM structures. Saudi Arabia possesses unique historical buildings that have been made using sandstone blocks. However, research into seismic retrofitting of these structures using CFRP is rather scarce, leading to this research into the use of CFRP as a retrofit technique in order to avoid the possibility of serious damage to such historical treasures in a seismic event. Experimental and numerical investigation has been carried out to comprehend the behavior of retrofitted sandstone block wall subjected to cyclic loading. The experimental part of this work has been conducted in Reaction Floor Lab at Bldg. 26 KFUPM involving cyclic load testing of three sandstone block walls; one of them being unreinforced (control), while the others are strengthened with CFRP using different configurations. The strength, energy dissipation, cracking pattern and failure mode of the walls and performance of the walls under different orientations of CFRP sheets are investigated. In terms of the numerical part, finite element modeling has been carried out in order to get a full knowledge of how the sandstone masonry wall will perform when subjected to cyclic simulation. FEM of Masonry wall retrofitted with different configurations has been conducted in the ABAQUS environment using a Plastic-Damage model developed by Lubliner et al (1989) and further expanded by Lee and Fenves (1998). CFRP strengthening has been shown to be reliable and effective option in rehabilitation and strengthening the masonry walls. Also, FEM analysis yielded a good matching with the experimental results which confirms that FEM can be used as a vital tool to predict the behavior of retrofitted and non-retrofitted masonry structures under simulated seismic loading.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Civil Engineering > Structural Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor:Baluch, Mohammed
Committee Members:Rahman, Mohammad and Al-Gadhib, Ali
ID Code:139700
Deposited By:BARAHIM AMR ABUBAKER (g201102410)
Deposited On:09 Aug 2015 09:10
Last Modified:09 Aug 2015 09:10

Repository Staff Only: item control page