Monitoring of Corrosion in Structural Reinforcing Bars: performance comparison using in-situ fibre optic and electric wire strain gauge systems

Abstract This work addresses the problems of effective in situ measurement of the initiation or the rate of steel corrosion in reinforced concrete structures through the use of optical fiber sensor systems. By undertaking a series of tests over prolonged periods, coupled with acceleration of corrosion, the performance of fiber Bragg grating-based sensor systems attached to high-tensile steel reinforcement bars (ldquorebarsrdquo), and cast into concrete blocks was determined, and the results compared with those from conventional strain gauges where appropriate. The results show the benefits in the use of optical fiber networks under these circumstances and their ability to deliver data when conventional sensors failed.

Cyclic behaviour of RC elements with plain reinforcing bars

O comportamento cíclico das estruturas de betão armado é fortemente condicionado pelo mecanismo de aderência entre o betão e o aço. O escorregamento relativo entre os dois materiais, resultante da degradação progressiva da aderência em elementos solicitados por ações cíclicas, é uma causa frequente de danos graves e até do colapso de estruturas devido à ocorrência de sismos. Entre as estruturas existentes de betão armado que foram dimensionadas e construídas antes da entrada em vigor dos regulamentos sísmicos atuais, muitas foram construídas com armadura lisa, e portanto, possuem fracas propriedades de aderência. A informação disponível na literatura sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa é reduzida e a influência das propriedades da aderência associadas a este tipo de armadura no comportamento cíclico das estruturas existentes não se encontra ainda devidamente estudada. O objectivo principal desta tese foi estudar a influência do escorregamento na resposta cíclica de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. Foram realizados ensaios cíclicos em elementos do tipo nó viga-pilar, construídos à escala real, representativos de ligações interiores em edifícios existentes sem pormenorização específica para resistir às ações sísmicas. Para comparação, foi realizado o ensaio de um nó construído com armadura nervurada. Foi ainda realizado o ensaio cíclico de uma viga de betão armado recolhida de uma estrutura antiga. Foram elaborados modelos numéricos não-lineares para simular a resposta dos elementos ensaiados, concentrando especial atenção no mecanismo do escorregamento. Os resultados obtidos no âmbito desta tese contribuem para o avanço do conhecimento sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. As análises numéricas realizadas comprovam a necessidade de incluir os efeitos do escorregamento na modelação numérica deste tipo de estruturas de forma a representar com rigor a sua resposta às ações cíclicas.

Steel Reinforcing Bars

Steel reinforcing bars used in the construction of the walls for the Aquatic Centre.

Corrosion evaluation of epoxy-coated, metallic-clad and solid metallic reinforcing bars in concrete /

"December 1998."

Report on the exploratory series of tests on longitudinal distribution of stresses in reinforcing bars. A cooperative project between the American Iron and Steel Institute and Cornell University.

"Not for public release."

Characterisation of the cyclic behaviour of reinforced concrete elements with plain bars

Sismos recentes comprovam a elevada vulnerabilidade dos edifícios existentes de betão armado. A resposta das estruturas aos sismos é fortemente condicionada pelas características da aderência aço-betão, que exibe degradação das propriedades iniciais quando sujeitas a carregamentos cíclicos e alternados. Este fenómeno é ainda mais gravoso para elementos com armadura lisa, predominantes na maioria das estruturas construídas até à década de 70 nos países do sul da Europa. A prática corrente de conceção, dimensionamento e pormenorização das estruturas antigas leva a que tenham características de comportamento e níveis de segurança associados não compatíveis com as exigências atuais. Os estudos realizados sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa são ainda insuficientes para a completa caracterização deste tipo de elementos. Esta tese visou a caraterização da relação tensão de aderência versus escorregamento para elementos estruturais com armadura lisa e o estudo da resposta cíclica de pilares e nós viga-pilar de betão armado com armadura lisa. Foram realizados dez séries de ensaios de arrancamento (nove monotónicos e um cíclico) em provetes com varões lisos. Os resultados destes ensaios permitiram propor novas expressões empíricas para a estimativa dos parâmetros usados num modelo disponível na literatura para representação da relação tensão de aderência versus escorregamento. É ainda proposto um novo modelo monotónico para a relação tensão de aderência versus escorregamento que representa melhor a resposta após a resistência máxima de aderência. Uma campanha de ensaios unidirecionais em pilares e nós viga-pilar foi também realizada com o objetivo principal de caracterizar o comportamento cíclico deste tipo de elementos. No total foram realizados oito ensaios em pilares, sete ensaios em nós viga-pilar interiores e seis ensaios em nós viga-pilar exteriores representativos de estruturas antigas de betão armado com armadura lisa. Os resultados experimentais permitiram avaliar a influência do escorregamento e estudar o mecanismo de corte em nós e a evolução dos danos para elementos com armadura lisa. Com base nos resultados experimentais foi proposta uma adaptação na expressão do Eurocódigo 8-3 para o cálculo da capacidade última de rotação de elementos com armadura lisa. Foi também desenvolvido um estudo paramétrico, com diferentes estratégias de modelação não linear, para a simulação da resposta de pilares considerando o escorregamento da armadura lisa. Por último, foi proposto um novo modelo simplificado trilinear para o aço que contempla o efeito do escorregamento da armadura lisa.

Comparative study of anchorage strengths of epoxy coated hooked bars

Hooked reinforcing bars (rebar) are used frequently to carry the tension forces developed in beams and transferred to columns. Research into epoxy coated hooked bars has only been minimally performed and no research has been carried out incorporating the coating process found in ASTM A934. This research program compares hooked rebar that are uncoated, coated by ASTM A775, and coated by ASTM A934. In total, forty-two full size beam-column specimens were created, instrumented and tested to failure. The program was carried out in three phases. The first phase was used to refine the test setup and procedures. Phase two explored the spacing of column ties within the joint region. Phase three explored the three coating types found above. Each specimen included two hooked rebar which were loaded and measured independently for relative rebar slip. The load and displacement of the hooked rebar were analyzed, focusing on behavior at the levels of 30 ksi, 42 ksi and 60 ksi of rebar stress. Statistical and general comparisons were made using the coating types, tie spacing, and rebar stress level. Many of the parameters composing the rebar and concrete were also tested to characterize the components and specimens. All rebar tested met ASTM standards for tensile strength, but the newer ASTM A934 method seemed to produce slightly lower yield strengths. The A934 method also produced coating thicknesses that were very inconsistent and were higher than ASTM maximum limits in many locations. Continuity of coating surfaces was found to be less than 100% for both A775 and A934 rebar, but for different reasons. The many comparisons made did not always produce clear conclusions. The data suggests that the ACI Code (318-05) parameter of 1.2 for including epoxy coating on hooked rebar may need to be raised, possibly to 2.5, but more testing needs to be performed before such a large value change is set forth. This is particularly important as variables were identified which may have a larger influence on rebar capacity than the Development Length, of which the current 1.2 factor modifies. Many suggestions for future work are included throughout the thesis to help guide other researchers in carrying out successful and productive programs which will further the highly understudied topic of hooked rebar.

Experimental and numerical study of bond response in structural concrete with corroded steel bars

Corrosion can affect the bond between reinforcing bars and concrete and hence the transfer of longitudinal stresses. Although a number of experimental studies on bond failure have been conducted in recent years, the findings have diverged rather widely, due primarily to differing test conditions. The present paper reports on an experimental programme consisting of eccentric pull-out tests run on corroded steel bars in specimens subjected to accelerated or natural corrosion. An axisymmetric bi-dimensional FE model with finite deformations initially developed to study bond mechanics with sound steel bars, has been enhanced to consider bond effects in corroded steel bars. The model simulation is compared to some of the experimental results for corroded and sound bars and the findings are analysed.

Time-to-corrosion of reinforcing steel in concrete slabs.

Bibliography: p. 15.

Recommended practices for welding reinforcing steel, metal inserts and connections in reinforaced concrete construction.

"AWS D12.1- 61."

Out-of-plane deformation and failure of masonry walls with various forms of reinforcement

Out-of-plane behaviour of mortared and mortarless masonry walls with various forms of reinforcement, including unreinforced masonry as a base case is examined using a layered shell element based explicit finite element modelling method. Wall systems containing internal reinforcement, external surface reinforcement and intermittently laced reinforced concrete members and unreinforced masonry panels are considered. Masonry is modelled as a layer with macroscopic orthotropic properties; external reinforcing render, grout and reinforcing bars are modelled as distinct layers of the shell element. Predictions from the layered shell model have been validated using several out-of-plane experimental datasets reported in the literature. The model is used to examine the effectiveness of two retrofitting schemes for an unreinforced masonry wall.

Avaliação númérica de ensaios push-out com conectores de cisalhamento tipo pino e perfobond.

Recentemente a utilização de estruturas mistas, aço concreto, vem ganhando espaço nas construções. Isso deve-se principalmente a economia de tempo em sua execução. Além disto, nesta solução a utilização do aço e do concreto otimiza as características estruturais de seus elementos: a resistência a tração do aço e a compressão do concreto. A transferência dos esforços entre os dois materiais possui grande influência no desempenho de uma estrutura mista, sendo comum a utilização de conectores de cisalhamento na região da interface entre estes dois materiais. O Eurocode 4 define um ensaio experimental denominado push-out de modo a determinar a resistência e ductilidade de conectores de cisalhamento. Seu desempenho é influenciado pelas resistências do concreto a compressão, as dimensões e taxa de armadura da laje de concreto, dimensões do perfil de aço, a disposição e a geometria dos conectores e pelas características dos aços utilizados no conector, no perfil e nas barras de reforço. Nota-se com isso uma grande quantidade de variáveis que influenciam o ensaio. Assim, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo em elementos finitos com base no programa ANSYS para simulação de ensaios push-out. Os resultados numéricos apresentados neste trabalho foram calibrados com resultados obtidos em ensaios experimentais existentes na literatura de ensaios push-out para conectores do tipo pino com cabeça (stud) e conectores tipo perfobond. Estes últimos apresentam elevada resistência sendo influenciados por inúmeros fatores como: número e diâmetro dos furos no conector e a inclusão ou não de barras de reforço extras nestes furos.