INTERACTION DIAGRAM FOR A REINFORCED CONCRETE COLUMN STRENGTHENED WITH UHPC JACKET

INTERACTION DIAGRAM FOR A REINFORCED CONCRETE COLUMN STRENGTHENED WITH UHPC JACKET. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

This is the latest version of this item.

[img] PDF
ThesisCareem.pdf
Restricted to Repository staff only until 24 July 2021.

Download (16MB)

Arabic Abstract

تم اعتماد المواد عالية القوة لزيادة قدرة التحمل احمال الأعمدة الخرسانية العادية المسلحة بالاستفادة من التصرف التراكبي للأعمدة. هذه التقنية شائعة الاستخدام وخاصة لتقوية الأعمدة الخرسانية الحالية وذات قوة القليلة. يفضل استخدام هذه التقنية نظراً لاستهلاكها لمساحة أقل، وبالتالي لا تتعارض مع المتطلبات الوظيفية للمنشأة خلال فترة استخدامها. حالياً تحظى الخرسانة المسلحة بالألياف والفائقة الأداء (UHPC) بشعبية بسبب قوتها العالية وسلوكها اللدن. حيث من الممكن تحقيق المستوى المطلوب من القوة من خلال استخدام سماكات صغيرة من الخرسانة المسلحة بالألياف والفائقة الأداء (UHPC) كغلاف مقارنة باستخدام غلاف من الخرسانة العادية. على الرغم من أن هذه التقنية تظهر تحسناً ملحوظ في حالة التحميل المحوري ، فإن قدرتها على زيادة قدرة التحمل ستقل عند نقل الحمولة بشكل غير محوري وذلك نتجية لعدم تحقيق محاذاة الجسور مع الأعمدة في الحواف و الزاويا. لذلك ، يجب دراسة تأثير التفاعل بين الحمل المحوري والعزم الناتج عن الأحمال غير المحورية وتطوير السلوك العام لفهم وتحسين استخدام المواد للاستخدامات المستقبلية. في هذه الدراسة، تم انتاج منحنيات التفاعل الخاصة بالاعمدة الخرسانية المسلحة والمربعة الشكل والمقواة بأغلفة ال UHPC. تم تحميل ثلاثة أعمدة بحمل مركزي واثني عشر عموداً بحمل غير محوري. الأعمدة المختبرة لها مقطع عرضي 125 × 125 ملم وطول 1200 ملم. كانت متغيرات الاختبار المدروسة سمك طبقة UHPC (0 ، 10 و 20 مم) وانحراف الحمل (0، 37.5 ، 54، 71 و 107.5 مم). تم تطوير نموذج تحليلي لحساب السعة الهيكلية للعينة وتم تعميمه على تطبيق الاعمدة المستطيلة والمقواة ب UHPC. تم تطوير نماذج ثلاثية الأبعاد متعددة الصغرى باستخدام برنامج ABAQUS والتحقق من صحتها مع النتائج تجريبية. تم تطوير النماذج التجريبية من خلال إجراء الدراسة المعيارية والتي تم تعميمها لرسم مخطط التفاعل لأي أعمدة مستطيلة ومقواة ب UHPC. أوضحت النتائج أن تعزيز القدرة الإنشائية كانت أعلى في حالة التحميل المحوري (زيادة 70٪) ، ولكن القدرة الإنشائية تتناقص عند التحميل الغير محوري. يعمل الغلاف من UHPC أيضًا على تحسين هشاشة وتصلب الأعمدة مما يقلل من الإجهاد الأقصى لعينة الاختبار (أقصى حد للخفض كان بنسبة 70 ٪)، ولكنه كان أقل عند استخدام سمك اكبر من UHPC. كان لزيادة قوة وسماكة غلاف ال UHPC أثر كبير في زيادة قوة التحمل الإنشائية في حالة التحميل المركزي (منطقة الانهيار المحكومة بالضغط)، بينما كانت ذات أثر بسيط في حالة التحميل ذي الغير محموري العالي (منطقة الانهيار المحكومة بالشد).

English Abstract

High strength materials are adopted to normal reinforced columns to increase its load carrying capacity through composite behavior of the columns. This technique is very common especially when the existing columns were prepared by lower strength concrete. The technique is preferred due to less consumption of architectural floor area, consequently the functional requirements of the structure are not interrupted during its lifespan. Currently, Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPC) jacketing is popular due to its higher strength and ductile behavior; it is possible to achieve the required level of strength with small range of jacket thickness compared to normal weight concrete jacketing. Even though, this technique shows productive improvement in axial loading, its load carrying capacity will reduce when load is transferred eccentrically due to the miss alignment of beams, at edge or at corner columns. Therefore, the interaction effect between axial load and moment due to eccentric loadings are to be studied and generalized behavior is to be developed to understand and optimize the usage of material for future uses. In this study, the interaction diagrams were developed for square reinforced concrete (RC) columns strengthened with UHPC jacketing. Three columns were axially loaded and twelve were eccentrically loaded. The tested columns have a cross section of 125×125 mm and a length of 1200 mm. The testing variables were UHPC jacketing thickness (non, 10 and 20 mm) and the loading eccentricity (0,37.5,54,71 and 107.5 mm). An analytical model was developed to calculate the structural capacity of the specimen and it was generalized to apply for any rectangular UHPC confined columns. Three-dimensional (3D) numerical models were developed using ABAQUS software and validated with experimental results. Empirical models were developed by conducting the parametric study and which was generalized to plot interaction diagram for any rectangular UHPC confined columns. The results indicated that enhancement of structural capacity was higher in case of axially loaded case (70% increment), but it was decreasing upon adopting higher loading eccentricity. UHPC jacketing also improves the brittleness and stiffness of columns reducing the ultimate strain of testing specimen (maximum reduction was 70 %), but it was lesser upon introducing higher jacket thickness. The increment of strength and jacket thickness of UHPC was much significant for structural capacity in case of lower loading eccentricity (compression control failure region) whereas the increment on structural capacities are not much significant in case of higher eccentricity (tension control failure region).

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Construction
Civil Engineering
Civil Engineering > Structural Engineering
Engineering
Research
Department: College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor: Alfarabi, M. Sharif
Committee Members: Husain Jubran, Al-Gahtani and Mohammed, Al-Osta
Depositing User: Mr ABDUL CAREEM MOHAMED SUHOOTHI
Date Deposited: 09 Aug 2020 09:52
Last Modified: 09 Aug 2020 09:52
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141678

Available Versions of this Item