EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATIONS ON THE FLEXURAL BEHAVIOR OF STEEL BEAMS WITH SIMULATED CORROSION DAMAGE REPAIRED BY CARBON FIBER REINFORCED POLYMERS (CFRP). Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
 | There is a more recent version of this item available. |
![[img]](https://eprints.kfupm.edu.sa/style/images/fileicons/application_pdf.png) |
PDF
201905750-Hakam Chikhani-MS-Thesis-Dec-25-2023.pdf Restricted to Repository staff only until 30 May 2025. Download (15MB) |
Arabic Abstract
الهياكل المعدنية المبنية على السواحل وفي الموانئ والمناطق الصناعية والصحاري تخضع لظروف بيئية قاسية وتكون عرضة للتآكل. يؤدي التآكل في الشفاه والأعصاب للعناصر المعرضة للإنحناء إلى تدهور كبير في قدرة التحمل. في ضوء عدد كبير من الجسور وغيرها من الهياكل المعدنية التي تعاني من أضرار ناتجة عن التآكل، فإن ترميم وتدعيم القطاعات المعدنية يعد خيارًا اقتصاديًا. تعتبر طرق التدعيم التقليدية التي تتم باستخدام الألواح والقطاعات المعدنية معقدة بالإضافة أنها تتطلب اللحام في مناطق يصعب الوصول إليها، مما يجعلها غير اقتصادية وصعبة التنفيذ. يعتبر إصلاح القطاعات المعدنية باستخدام أقمشة وألواح البوليمرات المسلحة بألياف الكربون خفيفة الوزن أكثر ملاءمة من جهة التنفيذ، وقد تم نشر العديد من الأعمال البحثية حول هذا الموضوع على مدى العقدين الماضيين. ومع ذلك، لا تزال هناك ضرورة ملحة لتقييم سلوك الجوائز المعدنية المدعمة بـالبوليمرات المسلحة بألياف الكربون ذات البحورالكبيرة التي تعرضت للتلف بسبب التآكل. تعرض هذه الرسالة نتائج استقصاء معملي شامل يتضمن اختبارات حمل الانحناء على جوائز معدنية ذات بحور كبيرة معرضة لأعطاب تحاكي التآكل في الشفة السفلية والعصب. تم أيضًا في هذه الرسالة دراسة تأثير مثل هذه الأعطاب على سلوك الانحناء واستعادة قدرة التحمل عند تدعيم هذه الجوائز بأقمشة أوألواح البوليمرات المسلحة بألياف الكربون، كما تم التحقق من النتائج الاختبارية من خلال استقصاء عددي لكل حالة من حالات الجوائز. تم اختبار ثمانية جوائز مركبة بالحجم الكامل مكونة من قطاع (أي) و قطاع (سي) حيث تم منع ظاهرة تحنيب الفتل الجانبي، وتم اختبارها تحت حمل استاتيكي بأربع نقاط حتى الفشل. تم عطب الجوائز (بطول 4 أمتار) ميكانيكيًا في الشفة السفلية / العصب لمحاكاة التآكل. تم تحميل ثلاثة جوائز معطوبة قبل الاختبار حتى تولد إنفعالات لدنة عالية في موقع الضرر ثم تم تدعيمها باستخدام ألواح / أقمشة البوليمرات المسلحة بألياف الكربون . تم إصلاح ثلاثة جوائز أخرى بألواح / أقمشة البوليمرات المسلحة بألياف الكربون واختبارها بدون أي تحميل مسبق. بالنسبة للجائزين المتبقيين، استخدم أحدهما كعينة تحكم وتم إصلاح الآخر بأقمشة البوليمرات المسلحة بألياف الكربون دون أي عطب أو تحميل مسبق وتم اختباره تحت حمل دوري. تم لصق ألواح / أقمشة البوليمرات المسلحة بألياف الكربون بالشفاه السفلية باستخدام الإيبوكسي/اللاصق الموصى به وتم تثبيتها على الأطراف باستخدام أقمشة البوليمرات المسلحة بألياف الكربون لمنع تقشر البوليمرات المسلحة بألياف الكربون. تم قياس الأسهم والانفعالات في عدة أماكن على شفاه وأعصاب الجوائز. أظهرت النتائج انخفاضًا في قدرة تحمل الجوائز المتضررة بنسبة تصل إلى 77٪ عند فقد كامل الشفة السفلية وانخفاض حاد بنسبة 80٪ عندما يمتد الضرر إلى العصب . بالإضافة إلى ذلك، تم تسجيل انخفاض بنسبة 33٪ عند اقتصار التآكل على الحواف الخارجية للشفة السفلية . اعتمادًا على مدى الضرر وطريقة الإصلاح، فإن استخدام ألواح وأقمشة البوليمرات المسلحة بألياف الكربون عزز قدرة التحمل والقدرة التشغيلية عند اللدونة والصلابة المرنة للعينات المعطوبة. بالإضافة إلى ذلك، نجحت النماذج العددية المستخدمة للتحقق من البرنامج الاختباري في التنبؤ بقدرات التحمل وأنماط الفشل للجوائز التي تم اختبارها.
English Abstract
Steel structures constructed on coastlines, seaports, industrial areas, and deserts are subjected to harsh environmental conditions and are prone to corrosion. The loss of metal due to corrosion in flanges and webs of flexural members may result in severe degradation of load-carrying capacity. In view of a large number of bridges and other steel structures which suffer from corrosion-related damages, rehabilitation and strengthening of steel sections is an economical option. Conventional rehabilitation methods employing steel plates and sections are cumbersome, complex and require welding in difficult-to-reach areas, making them uneconomical and difficult to implement. The repair of steel sections using lightweight CFRP fabrics and plates is better suited from an implementation point of view and several research works have been reported on the subject over the past two decades. Nonetheless, there remains a strong imperative to assess the behavior of CFRP-strengthened steel beams with large spans that have been damaged by corrosion. This thesis presents the results of a comprehensive experimental investigation involving flexural load tests on large-span steel beams with simulated corrosion damages in the bottom flange and adjacent web. The impact of such damages on flexural response and the regained flexural capacity when strengthened with CFRP fabrics or plates are also investigated. The experimental program is validated by a numerical investigation for each of the beams’ cases. Eight full-scale large-span built-up beams consisting of an I-section and a capping channel section with lateral torsional buckling precluded were tested in flexure under static four-point loading up to failure. Beams 4 m long were damaged mechanically in the bottom flange/web to simulate corrosion damage. Three damaged beams were loaded before testing up to a point where high plastic strains developed at the damage location and then repaired by CFRP plates/fabrics. Another three beams were repaired with CFRP plates/fabrics and tested without any preloading. As for the remaining two beams, one served as a control specimen and the other was repaired by CFRP fabrics without any damaging or preloading and was tested under cyclic loading. The CFRP plates/fabrics repairs were bonded to the bottom flanges using recommended epoxy/adhesive and were anchored at the edges using CFRP fabrics to prevent the delamination of the CFRP at the edge. Deflections and strains were measured in several locations on the flanges and web of the beams. Results showed a reduction in the capacity of the damaged beams by about 77%, with a complete loss of bottom flange over a notch and a severe reduction of 80% of the undamaged capacity when the damage extends into the web. In addition, a 33% reduction was encountered when the corrosion damage was restricted to the outer edges of the bottom flange. Depending on extent of damage and the repair scheme, using CFRP plates and fabrics enhanced the ultimate capacity, service capacity at yielding, and elastic stiffness of the damaged specimens. In Addition, the numerical models used in validating the experimental program successfully predicted the load carrying capacities and the failure modes of the tested beams.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Construction Civil Engineering > Structural Engineering |
| Department: | College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering |
| Committee Advisor: | Al-Osta, Mohammed |
| Committee Members: | Kalimur Rahman, Muhammad and Al-Gadhib, Ali |
| Depositing User: | HAKAM CHIKHANI (g201905750) |
| Date Deposited: | 30 May 2024 12:28 |
| Last Modified: | 30 May 2024 12:28 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142898 |
Available Versions of this Item
- EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATIONS ON THE FLEXURAL BEHAVIOR OF STEEL BEAMS WITH SIMULATED CORROSION DAMAGE REPAIRED BY CARBON FIBER REINFORCED POLYMERS (CFRP). (deposited 30 May 2024 12:28) [Currently Displayed]