Modelação numérica da ligação FRP/betão em elementos de betão reforçados com sistemas FRP

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil

Performance assessment of waste fibre-reinforced mortar

Materials Science Forum Vols. 730-732 (2013) pp 617-622

Modelação de elementos estruturais reforçados com compósitos de FRP recorrendo ao método dos elementos discretos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil de Estruturas

Comportamento de ligações adesivas entre compósitos de FRP e elementos estruturais de aço

Desde de que os Polímeros Reforçados com Fibras (FRP) começaram a ser usados no reparo ou no reforço de elementos estruturais, o descolamento prematuro do compósito FRP com o substrato tem sido objecto de muitos estudos. É importe conhecer e descrever, com rigor, o comportamento completo da interface do FRP com o substrato. Inclusivé, tem-se utilizado com frequência fixações mecânicas adicionais, para demorar ou mesmo evitar o descolamento prematuro do compósito FRP com o substrato. Não existem soluções analíticas que descrevam o comportamento completo das interfaces do FRP com o substrato. Portanto, o objetivo desta dissertação é mitigar esse desconhecimento através de uma solução teórica para descrever a ligação do FRP com o substrato com e sem ancoragem mecânica, através de um modelo de bond-slip exponencial que é conhecido por representar as não linearidades envolvidas no processo de descolagem do compósito FRP com o substrato. A análise completa da carga vs. deslizamento para ambos os casos (com e sem ancoragem mecânica) também é discutida nesta dissertação. Para além disso, este trabalho também visa um estudo experimental utilizando vigas metálicas com compósitos de carbono (CFRP) ou seja, em sistema Externally Bonded Reinforcement (EBR) com e sem sistema ancorado mecânico.

Reforço de vigas de betão armado com armaduras exteriores de FRP

A presente dissertação vem no seguimento dos estudos realizados no Departamento de Engenharia Civil da Universidade Nova de Lisboa sobre o reforço à flexão de vigas de betão armado com compósitos de CFRP (compósitos reforçados com fibras de carbono). Numa primeira fase deste trabalho foram estudadas e desenvolvidas duas novas técnicas de reforço de vigas à flexão com laminados de CFRP, às quais foram atribuídas as designações de Externally Bonded Reinforcement Anchorage (EBRA) e Horizontal Near Surface Mounted Reinforcement (HNSMR). Estes sistemas de reforço foram estudados e testados em cinco vigas de betão armado de secção transversal em T, as quais foram levadas à rotura através de ensaios à flexão tendo em conta um sistema de aplicação de carga em quatro pontos. Para diferentes historiais de carregamento (monotónicos e cíclicos) foram analisados diversos parâmetros relacionados com a capacidade de mobilização da resistência à tração dos elementos de reforço, resistência máxima dos sistemas, ductilidade dos mesmos e eficiência destes perante situações de serviço. Com isto, realizou-se um estudo comparativo entre o desempenho destes sistemas de reforço e o de duas outras técnicas já estudadas, nomeadamente, os sistemas Externally Bonded Reinforcement (EBR) e Near Surface Mounted Reinforcement (NSMR). Como complemento deste trabalho desenvolveu-se também um programa de cálculo em MATLAB, capaz de simular o problema em estudo através de um modelo numérico de análise não-linear de secções. A representatividade dos dados obtidos pelo modelo numérico foi verificada posteriormente através de uma análise comparativa entre estes e os valores experimentais obtidos.

Strengthening to seismic action of reinforced columns with rectangular cross-section

The first part of this research work regards the assessment of the mathematical modelling of reinforced concrete columns confined with carbon fibre (CFRP) sheets under axial loading. The purpose was to evaluate existing analytical models, contribute to possible improvements and choose the best model(s) to be part of a new model for the prediction of the behaviour of confined columns under bending and compression. For circular columns, a wide group of authors have proposed several models specific for FRP-confined concrete. The analysis of some of the existing models was carried out by comparing these with several tested columns. Although several models predict fairly the peak load only few can properly estimate the load-strain and dilation behaviour of the columns. Square columns confined with CFRP show a more complex interpretation of their behaviour. Accordingly, the analysis of two experimental programs was carried out to propose new modelling equations for the whole behaviour of columns. The modelling results show that the analytical curves are in general agreement with the presented experimental curves for a wide range of dimensions. An analysis similar to the one done for circular columns was this turn carried out for square columns. Few models can fairly estimate the whole behaviour of the columns and with less accuracy at all levels when compared with circular columns. The second part of this study includes seven experimental tests carried out on reinforced concrete rectangular columns with rounded corners, different damage condition and with confinement and longitudinal strengthening systems. It was concluded that the use of CFRP confinement is viable and of effective performance enhancement alone and combined with other techniques, maintaining a good ductile behaviour for established threshold displacements. As regards the use of external longitudinal strengthening combined with CFRP confinement, this system is effective for the performance enhancement and viable in terms of execution. The load capacity was increased significantly, preserving also in this case a good ductile behaviour for threshold displacements. As to the numerical nonlinear modelling of the tested columns, the results show a variation of the peak load of 1% to 10% compared with tests results. The good results are partly due to the inclusion of the concrete constitutive model by Mander et al. modified by Faustino, Chastre & Paula taking into account the confinement effect. Despite the reasonable approximation to tests results, the modelling results showed higher unloading, which leads to an overestimate dissipated energy and residualdisplacement.

Numerical simulation of blast effects on fibre grout RC panels

The main purpose of the present dissertation is the simulation of the response of fibre grout strengthened RC panels when subjected to blast effects using the Applied Element Method, in order to validate and verify its applicability. Therefore, four experimental models, three of which were strengthened with a cement-based grout, each reinforced by one type of steel reinforcement, were tested against blast effects. After the calibration of the experimental set-up, it was possible to obtain and compare the response to the blast effects of the model without strengthening (reference model), and a fibre grout strengthened RC panel (strengthened model). Afterwards, a numerical model of the reference model was created in the commercial software Extreme Loading for Structures, which is based on the Applied Element Method, and calibrated to the obtained experimental results, namely to the residual displacement obtained by the experimental monitoring system. With the calibration verified, it is possible to assume that the numerical model correctly predicts the response of fibre grout RC panels when subjected to blast effects. In order to verify this assumption, the strengthened model was modelled and subjected to the blast effects of the corresponding experimental set-up. The comparison between the residual and maximum displacements and the bottom surface’s cracking obtained in the experimental and the numerical tests yields a difference of 4 % for the maximum displacements of the reference model, and a difference of 4 and 10 % for the residual and maximum displacements of the strengthened model, respectively. Additionally, the cracking on the bottom surface of the models was similar in both methods. Therefore, one can conclude that the Applied ElementMethod can correctly predict and simulate the response of fibre grout strengthened RC panels when subjected to blast effects.