AN EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDY ON STRENGTHENING OF RC BEAMS USING UHPC

AN EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDY ON STRENGTHENING OF RC BEAMS USING UHPC. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Masters Thesis)
MS_Thesis-Abdulla Al-Abbasi-(g201702230) .pdf
Restricted to Repository staff only until 8 September 2021.

Download (3MB)

Arabic Abstract

لقد تم التطرق بشكل متكرر لحالات التلف الكبير في الجسور الخرسانية المسلحة والناتجة إما بسبب تلف المادة (بشكل أساسي عند حدوث تآكل في حديد التسليح) أو بسبب التحميل الزائد أو بسبب كليهما. لقد بذلت جهود حثيثة لتقوية الجسور الخرسانية المسلحة، والتي قد واجهت تلفاً جزئياً، من خلال استخدام أنواع مختلفة من المواد والطرق لاستعادة قدرة الجسور على تحمل الأحمال. في بعض الحالات يتم تقوية الجسور السليمة والتي لم تصب بتلف مسبق من أجل زيادة قدرة استيعابها للأحمال، خصوصاً عندما تكون ظروف البيئة المحيطة أو ظروف التحميل مختلفة عما أُخذ بعين الاعتبار أثناء التصميم والإنشاء. في الآونة الأخيرة، تم تنفيذ أعمال بحثية لاستكشاف إمكانية استخدام الخرسانة فائقة الأداء (UHPC) والتي تمتاز بخصائص ميكانيكية ممتازة وقدرة عالية على الديمومة تحت الظروف المحيطة، بالاضافة الى لدونتها وقساوتها التي تقاوم الكسر. الدراسات التي وجدت إلى الان كانت أكثر تركيزاً على استخدام ال (UHPC) لتقوية الجسور السليمة لتعزيز قدرتها على استيعاب الأحمال، ولم تركز على دراسة تقوية الجسور التي سبق وأن تعرضت لتلف جزئي. يقدم هذا البحث دراسة لفعالية مادة ال (UHPC) في تقوية جسور الخرسانة المسلحة وتحسين سلوكها الانثنائي. لهذا الغرض تم تحضير 14 جسراً مع الاخذ بعين الاعتبار طريقة تركيب المادة ودرجة التلف في الجسور كمتغيرين مستقلين للدراسة. قبل وضع طبقات ال (UHPC) للتقوية، تم احداث تلف جزئي للجسور بدرجات محددة باستخدام وضعية اختبار حمل الانثناء. تم تحسين الترابط بين الخرسانة العادية ومادة ال (UHPC) عن طريق تخشين اسطح الالتقاء باستخدام تقنية السفع الرملي. تم اختبار العينات المقواة من الجسور بالاضافة إلى العينة المرجعية تحت حمل الانثناء باستخدام اختبار التحميل رباعي النقاط. هناك عدد من الكميات التي تم قياسها بالاضافة الى بيانات الازاحة، منها الاستطالة النسبية للخرسانة وحديد التسليح، قيمة التحميل عند مراحل مختلفة مثل مرحلة التلدن ومرحلة ابتداء التشقق. من ضمن النتائج هناك تفصيل لأنماط الانهيار والتشقق التي تمت ملاحظتها. البيانات التي تم الحصول عليها من خلال الفحوصات التجريبية قد استخدمت لايجاد العلاقة بين العوامل الرئيسية والفوائد المجنية من التقوية. هناك عدد من النماذج التحليلة التي تم اعدادها للتحقق من صحة النتائج التي استخلصت من التجارب العملية. علاوة على ذلك، تم تنفيذ نمذجة العناصر المحدودة ثلاثية الابعاد باستخدام برنامج ABAQUS لالتقاط سلوك الانحناء للجسور الخرسانية المسلحة المقواة باستخدام (UHPC). في نهاية البحث مقارنة للنتائج التجريبية مع النتائج العددية للتحقق من صحة النموذج العددي المطور.

English Abstract

The cases of significant damage of reinforced concrete (RC) beams either due to deterioration (mainly reinforcement corrosion) or due to overloading or due to both have been frequently reported. Efforts have been made to strengthen the partially damaged RC beams using different materials and methods for restoring the load-carrying capacity of the beams. In some cases, even undamaged beams are also strengthened to increase their load-carrying capacity when the loading or exposure conditions are expected to be different from that at the time of design and construction of the beams. Recently, the research works have been carried out on exploring the possibility of using ultra-high-performance concrete (UHPC) that has excellent mechanical and durability characteristics besides being ductile and tough against fracture. The studies reported so far about the usage of UHPC for strengthening of RC beams were more focused on strengthening the undamaged RC beams to enhance their load-carrying capacity, not restoring the capacity of partially damaged RC beams. The present research focuses on studying the effectiveness of UHPC in strengthening of partially damaged RC beams on their flexural behavior. For this purpose, fourteen RC beams were prepared considering the strengthening configurations and degree of partial damage as two independent variables. Before applying UHPC layers for strengthening, the RC beam specimens were partially damaged to the intended degrees using a flexural load test setup. To improve the bond between the normal and UHPC material, RC beam surfaces were roughened using sand-blasting technique. The strengthened beam specimens, along with the control specimen, were tested under flexural loading using four-point loading test. Besides the load-deflection data, other relevant parameters were also recorded including the strain in concrete and steel, the loads at different stages such as yielding, and the initiation of cracking. The mode of failure and cracking patterns were also recorded. The data obtained through this experimental investigation were utilized to study the flexural behavior of the strengthened beams and to correlate the key factors with the benefits of strengthening. Analytical models for prediction of the load-carrying capacity of the strengthened beams were obtained using the results collected from the experimental work. Additionally, 3D finite element modeling was carried out using ABAQUS software to capture the flexural behavior of the strengthened RC beams. Experimental results were compared with numerical results to validate the developed model. Finally, a parametric study was carried out to evaluate the effects of key variables on the load-carrying capacity of the partially damaged RC beams strengthened using different UHPC thicknesses.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Computer
Construction
Civil Engineering > Structural Engineering
Department: College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor: Ahmad, Shamsad
Committee Members: Al-Zahrani, Mesfer and Al-Osta, Mohammed
Depositing User: ABDULLA SHARIF (g201702230)
Date Deposited: 20 Sep 2020 05:51
Last Modified: 20 Sep 2020 05:51
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141716