Investigation of the Shear Performance of Concrete Beams Reinforced with Basalt Fiber-Reinforced Polymer Bars Without Stirrups. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Hussein Dhabaan MSc Thesis) Hussein Dhabaan Final Approved MSc Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 29 December 2025. Download (12MB)

Arabic Abstract

تعتبر الكمرات الخرسانية المسلحة باسياخ من البوليمر المقوى بالياف البازلت بديل جيد للكمرات المسلحة باسياخ الحديد نظرا لتميزها بمتانة أعلى وأخف وزن وكذلك مقاومة للصدأ مقارنة بأسياخ الحديد، ومع ذلك، فأن هنالك عدد محدود جدا من الأبحاث المتعلقة بدراسة سلوك الكمرات الخرسانية المسلحة بهذا النوع من الاسياخ. هذا البحث يهدف الى استكشاف أداء القص للكمرات الخرسانية المسلحة باسياخ من البوليمر المقوى بالياف البازلت بدون استخدام كانات. تتضمن الدراسة اختبار عدد 20 كمرة باستخدام عدد من المتغيرات، تشمل تلك المتغيرات كمية التسليح المستخدمة (ρ)، ونسبة طول مسافة القص الى ارتفاع الكمرة (a/d)، وكذلك مقاومة الخرسانة (f′c). تم اختبار عدد كمرتين اضافيتين باستخدام حديد التسليح التقليدي وذلك لمقارنة سلوك القص الخاص بها مع سلوك الكمرات المسلحة باسياخ البازلت. تم تعريض جميع الكمرات وعددها 22 كمرة لاحمال القص من أربعة نقاط وذلك لتقييم احمال التشقق والاحمال القصوى لكل كمرة، ومقدار الانحناء عند كل نوع من هذه الاحمال، واقصى حمل قص، وتحديد نوع الانهيار لكل كمرة. تم عمل دراسة رقمية باستخدام برنامج ABAQUS لدراسة جميع المتغيرات التي تم ذكرها وعمل نمذجة لكل العينات، وتم عمل تحليل استقصائي باستخدام متغيرات لم يتم استخدامها في التطبيق العملي وذلك لدراسة سلوك هذه الكمرات رقميا، تبين النتائج الرقمية تطابق كبير مع النتائج المعملية وهو ما يعطي موثوقية كبيرة للنموذج الرقمي. قدمت الدراسة رؤى قيمة حول سلوك الهياكل الخرسانية المسلحة بـاسياخ البوليمر المقوى بالياف البازلت وتساهم في الجهود المستمرة لتطوير بنية تحتية مستدامة ومرنة

English Abstract

Basalt Fiber Reinforced Polymer bars (BFRP) have recently emerged as a viable alternative to steel bars in structural applications. This is due to their exceptional strength, lightweight nature, and corrosion resistance, making them an attractive choice. However, there is a lack of comprehensive literature examining the behavior of BFRP bars when used as reinforcement in concrete beams. This study aims to address this gap by investigating the shear performance of concrete beams reinforced solely with BFRP bars without the use of stirrups. The experimental investigation involved testing twenty beams, with varying parameters. These parameters included the shear span-to-depth ratio (a/d) at three levels (1.5, 2.1, and 2.5), concrete strength (f′c) at three levels (35 MPa, 45 MPa, and 50 MPa), and reinforcement ratio (ρ) at three levels (0.0176, 0.0321, and 0.0446). Additionally, two control beams were tested using traditional steel bars, maintaining medium levels for all factors. These control beams were included to compare their shear behavior against the BFRP-reinforced concrete beams. The twenty-two beams underwent a four-point shear test to evaluate key parameters, such as load-carrying capacity, deflection, maximum shear capacity, and failure mode. Shear failure was dominant in all beams, with the maximum shear capacity recorded at 436 kN and a corresponding displacement of 11.4 mm. These exceptional results were achieved at a a/d = 1.5, f′c = 45 MPa, and ρ = 0.0446 (six bottom bars). These outcomes highlight the potential of BFRP-reinforced concrete beams in structural elements subjected to high shear loads, providing promising prospects for their implementation. Additionally, the study included modeling the experimental results numerically using the ABAQUS finite element analysis program. The numerical and experimental results were found to be almost identical. A parametric study was then performed to study additional structural responses not captured in the experimental investigation to enhance our understanding of the beams’ behavior. This study contributes valuable insights into the performance of BFRP-reinforced concrete structures, supporting ongoing efforts to develop sustainable and resilient infrastructure. Overall, the findings of this study underscore the favorable shear performance of BFRP-reinforced concrete beams, showcasing their potential as a viable alternative to traditional steel reinforcement.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Construction Civil Engineering > Structural Engineering Engineering Research > Environment Research > Corrosion Research > Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Adekunle, Saheed
Committee Co-Advisor:	Alosta, Mohammed
Committee Members:	Rahman, Muhammad and Shamsad, Ahmad and Al-Zahrani, Mesfer
Depositing User:	HUSSEIN DHABAAN (g202001640)
Date Deposited:	31 Dec 2024 08:46
Last Modified:	31 Dec 2024 08:46
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143192