EXPERIMENTAL STUDY OF EXTERNALLY FLANGE BONDED CFRP FOR RETROFITTING BEAM – COLUMN JOINTS WITH HIGH CONCRETE COMPRESSIVE STRENGTH UNDER CYCLIC LOADING. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF OLANIYI_COMPLETE_THESIS.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

المنشات الخرسانية المسلحة ذات الاطارات المقاومة للعزوم تتألف من وصلات الابيام -الأعمدة (beam-column joints)، قبل إستخدام المواصفات الزلزالية فإن عملية التصميم غير كافية عندما تتعرض هذه المنشات الى أحمال زلزالية. أضعف الوصلات في هذا النوع من الاطارات هي وصلات الابيام-الاعمدة. هذه الوصلات يمكن أن تفشل نتيجة للقص عند تعرضها لزلزال، مما ينتج عنه أضرار بالمبنى غير قابلة للمعالجة مع إحتمال انهيار المبنى. عدة طرق لتدعيم القص في الوصلات الضعيفة في المباني القديمة قد تمت دراستها و تنفيذها على مباني في الثلاث عقودة الماضية باستخدام شرائح و صفائح CFRP. وجد أن الفشل الناتج من القص يمكن أن يمنع بنجاح بتحويل نوع الفشل إلى انعطاف مفصلي عند مناطق التلاقي في وصللات الابيام-الأعمدة. الفشل الموضعي في الابيام المتصلة بعيدا عن تداخل وصلات الابيام-الأعمدة هو المفضل دائما أكثر من تكون المفلصة اللدنة عند منطقة التداخل. في وصلات الابيام-الأعمدة الحديثة المكونة من خرسانة عالية المقاومة و تسليح عرضي، فإن الفشل يحدث أيضا نتيجة للإنعطاف المفصلي عند منطقة تداخل الابيام-الاعمدة نتيجة لخضوع التسليح العلوي في البيم. و هذا أيضا غير مرغوب فيه لأن الخضوع يمكنه أن يتغلغل داخل الوصلة مما قد يؤدي أيضا إلى فشل نتيجة للقص. إذا من المناسب أن كل وصلات الابيام-الأعمدة تتعرض لفشل إنعطافي بتكون المفصلة اللدنة بعيدا عن مناطق تداخل وصلات الأبيام-الاعمدة، تماما في البيم الرابط. في هذه الدراسة، ثمانية عينات من وصلات الابيام-الاعمدة الركنية الخارجية بمقياس 1/3 من إطار نموذجي مقاوم للعزوم، مكونة من خرسانة عالية المقاومة و بدون تسليح عرضي تم اختبارهم تحت تاثير حمل ترددي بمعدل ثابت باستخدام نظام التحكم في الانحراف (displacement controlled). أربعة من هذه العينات تم تدعيمها بشفة CFRP رابطة في إتجاه واحد بمختلف عدد الطبقات و الاطوال. العينات التي تم إختبارها معمليا تمت نمذجتها بإستخدام أحد البرامج التجارية المتوفرة التي تعمل بطريقة العنصر المتناهي و يدعى ABAQUS. بإستخدام نموذج ضرر الخرسانة اللدن (concrete damage plasticity) و نموذج فشل Tsai-Wu لنمذجة سلوك CFRP و الإيبوكسي معا. في الاختبار المعملي، العينات المرجعية فشلت بالإنعطاف نتيجة لتكون المفصلة اللدنة في منطقة تداخل وصلة الابيام-الأعمدة. العينات المدعمة أيضا فشلت بالانعطاف و لكن بتكون المفصلة اللدنة عند منطقة توقف شرائح CFRP. عملية تحويل منطقة المفصلة اللدنة ينتج زيادة عالية في القدرة التحميلية، زيادة الممطيلية، و تبديد الطاقة في هذه العينات. عملية النمذجة اللاخطية بإستخدام طريقة العنصر المنتاهي أظهرت نتائج مشابهة لتلك التي حصل عليها معمليا. النتائج المعملية و العددية تمت التحقق منها بالطرق التحليلية باستخدام معادلات مواصفات معهد الخرسانة الأمريكي (ACI 440)، بقارنة الحمل الأقصى، و الانفعالات في حديد التسليح و شرائح CFRP. عملية التدعيم المقدمة في هذه الدراسة مناسبة للمباني الحالية، و هي لا تزال ضرورية للتعرف على كيفية تصميم وصلات الأبيام-الأعمدة للإطارات المقاومة للعزوم لجعل المفصلة اللدنة تتكون داخل الأبيام في المباني المراد إنشاءها

English Abstract

Reinforced concrete buildings with moment resisting frames comprising of beam-column joints (BCJ), designed prior to introduction of seismic codes, are deficient when subjected to seismic loading. The weakest link in these structural framing is the BCJ. The BCJ can fail in shear during seismic event, resulting in irreparable damage to the building and possibly a collapse. Several strategies for shear strengthening deficient joints in old buildings have been investigated and implemented in buildings over the past three decades using CFRP sheets and laminates. The shear failure in joints is successfully precluded, with the failure mode shifting to flexural hinging at the interface of the BCJ. A localized failure in the connecting beams away from the BCJ interface is a preferable failure mode rather than a plastic hinge formation at the interface. In modern BCJ with high strength concrete having transverse reinforcement in joints, also failed by flexural hinging at the BCJ interface due to yielding of top reinforcement of the beam, which is again undesirable. This is undesirable because of yield penetration into the joint that may also lead to shear failure. It is therefore appropriate that all BCJ should undergo a flexural failure with the plastic hinge formation away from the BCJ interface, well into in the connecting beam. In this study, eight corner-external BCJ specimens of 1/3rd scale of a typical moment resisting frame, made with high strength concrete without transverse reinforcement were tested for monotonic and reversed cyclic test under displacement controlled regime. Four of these specimens were retrofitted with flange bonded unidirectional CFRP of different layers and different length. the specimen tested experimentally were also simulated in a commercially available finite element software- ABAQUS, using concrete damage plasticity and Tsai-Wu failure criteria for the CFRP-epoxy behavior. In the experimental testing, the control specimens failed in flexure with formation of plastic hinge at the BCJ interface. The retrofitted specimen also failed by flexure but with the formation of the plastic hinge at the curtailment end of the CFRP. The relocation of the plastic hinge results in higher load capacity, improved ductility and energy dissipation of the specimens. The nonlinear finite element simulation shows similar results as observed in the experimental investigations. The experimental and numerical results were validated with analytical procedure using ACI 440 equations, by comparing the maximum loads, strains in the steel reinforcements and CFRP. The approach retrofitting scheme presented is suitable for existing building, it is still of necessity to investigate how to design BCJ of moment resisting frame such that plastic hinge is formed inside the connecting beam for a new building

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering Research > Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Ali, Al-Gadhib
Committee Co-Advisor:	Muhammad, Kalimur Rahman
Committee Members:	Al-Gahtani, Husain Jubran and Mohammed, Al-Osta and Al-Farabi, Sharif
Depositing User:	OLANIYI AROWOJOLU (g201404100)
Date Deposited:	17 Jan 2017 08:50
Last Modified:	01 Nov 2019 16:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140138