Flexure-shear Analysis of Concrete Beam Reinforced with GFRP bars

This paper gives the details of flexure-shear analysis of concrete beams reinforced with GFRP rebars. The influence of vertical reinforcement ratio, longitudinal reinforcement ratio and compressive strength of concrete on shear strength of GFRP reinforced concrete beam is studied. The critical value of shear span to depth ratio (a/d) at which the mode of failure changes from flexure to shear is studied. The fail-ure load of the beam is predicted for various values of a/d ratio. The prediction show that the longitudinally FRP reinforced concrete beams having no stirrups fail in shear for a/d ratio less than 9.0. It is expected that the predicted data is useful for structural engineers to design the FRP reinforced concrete members.

Lateral spreading in basal reinforced embankments supported by pile-like elements

Bei Dämmen auf wenig tragfähigem Untergrund ist es zwischenzeitlich Stand der Technik, an der Dammbasis eine Bewehrung aus hochzugfesten Geokunststoffen (Gewebe oder Geogitter) einzulegen. Dabei können die Bewehrungslagen direkt auf den weichen Boden oder über Pfahlelementen angeordnet werden, die die Dammlasten in tiefere, tragfähigere Schichten abtragen. Die horizontale Bewehrung an der Dammbasis hat die Aufgabe, die vertikalen Dammlasten und die nach außen wirkenden Spreizkräfte aufzunehmen. Dies ist besonders für bewehrte Tragschichten über Pfählen von großer Bedeutung, da sonst die Pfähle/Säulen eine Biegebeanspruchung erhalten, die sie aufgrund des geringen Durchmessers (oftmals unbewehrt) nicht aufnehmen können. Abgesicherte wissenschaftliche Erkenntnisse über Größe und Verteilung der Spreizspannung in Höhe ober- und unterhalb der Bewehrungslagen liegen derzeit noch nicht vor, aus denen dann auch die Beanspruchung abzuleiten ist, die aus der Spreizwirkung bei der Geokunststoffbemessung zu berücksichtigen ist. Herr Dr.-Ing. Gourge Fahmi hat dafür zunächst den Kenntnisstand zur Spreizbeanspruchung ohne und mit Bewehrung sowie ohne und mit Pfahlelementen zusammengefasst. Ein wesentlicher Teil einer wissenschaftlichen Untersuchungen stellt die Modellversuche in einem relativ großen Maßstab dar, die u. a. auch zur Validierung von numerischen Berechnungen zur Fragestellung vorgesehen waren. Dabei konnte nach gewissen Parameteranpassungen überwiegend eine gute Übereinstimmung zwischen Modellversuchen und FEM-Berechnungen erreicht werden. Lediglich bei den Dehnungen bzw. Zugkräften in den Geogittern über Pfahlelementen ergab die FEM bei dem verwendeten Programmsystem viel zu niedrige Werte. Es wurde dazu in der Arbeit anhand eigener Untersuchungen und Vergleichsergebnissen aus der Literatur eine Hypothese formuliert und zunächst die Berechnungsergebnisse mit einem Faktor angepasst. Mit den durchgeführten Verifikationen stand damit dann ein weitestgehend abgesichertes numerisches Berechnungsmodell zur Verfügung. Aufbauend auf diesen Vorarbeiten konnten Parameterstudien mit numerischen und analytischen Methoden zur Spreizproblematik durchgeführt werden. Dabei wurden die Randbedingungen und Parametervariationen sinnvoll und für die Fragestellung zutreffend gewählt. Die numerischen Verfahren ergaben vertiefte Erkenntnisse zur Mechanik und zum Verhalten der Konstruktion. Die analytischen Vergleichsberechnungen validierten primär die Güte dieser vereinfachten Ansätze für praktische Berechnungen. Zusammenfassend wurde festgestellt, dass erwartungsgemäß die Spreizkräfte im Geogitter nahezu linear mit der Dammhöhe anwachsen. Von besonderer Bedeutung für die Größe der Spreizkräfte ist die Steifigkeit der Weichschichten. Dieser Parameter wird bei den bisher bekannten analytischen Berechnungsverfahren nicht berücksichtigt. Je weicher der Untergrund, je größer wird das Verhältnis zwischen Spreiz- und Membranbeanspruchung. Eine steilere Dammböschung hat erwartungsgemäß ebenfalls eine höhere Spreizwirkung zur Folge. Des Weiteren ergeben sich bei mehrlagigen Geogittern die höheren Beanspruchungen in der unteren Lage aus dem Membraneffekt und in der oberen Lage aus dem Spreizeffekt. Zu diesen Erkenntnissen wurden in der Arbeit erste Vorschläge für die praktischen Bemessungen gemacht, die aber noch weiter zu optimieren sind. Schließlich erfolgt von Herrn Fahmi eine Betrachtung der Pfahlelementbeanspruchung aus Pfahlkopfverschiebung und Biegemomenten. Dabei wurde ersichtlich, dass die Pfahlelemente bei hohen Dämmen erhebliche Beanspruchungen erhalten können, wenn relativ weicher Untergrund vorhanden ist, und es zeigt die Notwendigkeit entsprechend abgesicherter Bemessungsverfahren auf.

Analysis and Simulation of Transverse Random Fracture of Long Fibre Reinforced Composites

La present tesi proposa una metodología per a la simulació probabilística de la fallada de la matriu en materials compòsits reforçats amb fibres de carboni, basant-se en l'anàlisi de la distribució aleatòria de les fibres. En els primers capítols es revisa l'estat de l'art sobre modelització matemàtica de materials aleatoris, càlcul de propietats efectives i criteris de fallada transversal en materials compòsits. El primer pas en la metodologia proposada és la definició de la determinació del tamany mínim d'un Element de Volum Representatiu Estadístic (SRVE) . Aquesta determinació es du a terme analitzant el volum de fibra, les propietats elàstiques efectives, la condició de Hill, els estadístics de les components de tensió i defromació, la funció de densitat de probabilitat i les funcions estadístiques de distància entre fibres de models d'elements de la microestructura, de diferent tamany. Un cop s'ha determinat aquest tamany mínim, es comparen un model periòdic i un model aleatori, per constatar la magnitud de les diferències que s'hi observen. Es defineix, també, una metodologia per a l'anàlisi estadístic de la distribució de la fibra en el compòsit, a partir d'imatges digitals de la secció transversal. Aquest anàlisi s'aplica a quatre materials diferents. Finalment, es proposa un mètode computacional de dues escales per a simular la fallada transversal de làmines unidireccionals, que permet obtenir funcions de densitat de probabilitat per a les variables mecàniques. Es descriuen algunes aplicacions i possibilitats d'aquest mètode i es comparen els resultats obtinguts de la simulació amb valors experimentals.

Assessment of virtual design and manufacturing techniques for fibre reinforced composite materials

Virtual tools are commonly used nowadays to optimize product design and manufacturing process of fibre reinforced composite materials. The present work focuses on two areas of interest to forecast the part performance and the production process particularities. The first part proposes a multi-physical optimization tool to support the concept stage of a composite part. The strategy is based on the strategic handling of information and, through a single control parameter, is able to evaluate the effects of design variations throughout all these steps in parallel. The second part targets the resin infusion process and the impact of thermal effects. The numerical and experimental approach allowed the identificationof improvement opportunities regarding the implementation of algorithms in commercially available simulation software.

Serviceability behaviour of fibre reinforced polymer reinforced concrete beams

El uso de materiales compuestos de matriz polimérica (FRP) emerge como alternativa al hormigón convencionalmente armado con acero debido a la mayor resistencia a la corrosión de dichos materiales. El presente estudio investiga el comportamiento en servicio de vigas de hormigón armadas con barras de FRP mediante un análisis teórico y experimental. Se presentan los resultados experimentales de veintiséis vigas de hormigón armadas con barras de material compuesto de fibra de vidrio (GFRP) y una armada con acero, todas ellas ensayadas a flexión de cuatro puntos. Los resultados experimentales son analizados y comparados con algunos de los modelos de predicción más significativos de flechas y fisuración, observándose, en general, una predicción adecuada del comportamiento experimental hasta cargas de servicio. El análisis de sección fisurada (CSA) estima la carga última con precisión, aunque se registra un incremento de la flecha experimental para cargas superiores a las de servicio. Esta diferencia se atribuye a la influencia de las deformaciones por esfuerzo cortante y se calcula experimentalmente. Se presentan los aspectos principales que influyen en los estados límites de servicio: tensiones de los materiales, ancho máximo de fisura y flecha máxima permitida. Se presenta una metodología para el diseño de dichos elementos bajo las condiciones de servicio. El procedimiento presentado permite optimizar las dimensiones de la sección respecto a metodologías más generales.

A novel bogie design made of glass fibre reinforced plastic

This paper presents a completely new design of a bogie-frame made of glass fibre reinforced composites and its performance under various loading conditions predicted by finite element analysis. The bogie consists of two frames, with one placed on top of the other, and two axle ties connecting the axles. Each frame consists of two side arms and a transom between. The top frame is thinner and more compliant and has a higher curvature compared with the bottom frame. Variable vertical stiffness can be achieved before and after the contact between the two frames at the central section of the bogie to cope with different load levels. Finite element analysis played a very important role in the design of this structure. Stiffness and stress levels of the full scale bogie presented in this paper under various loading conditions have been predicted by using Marc provided by MSC Software. In order to verify the finite element analysis (FEA) models, a fifth scale prototype of the bogie has been made and tested under quasi-static loading conditions. Results of testing on the fifth scale bogie have been used to fine tune details like contact and friction in the fifth scale FEA models. These conditions were then applied to the full scale models. Finite element analysis results show that the stress levels in all directions are low compared with material strengths.

Effects of drugs that potentiate GABA on extinction of positively-reinforced operant behaviour

Extinction following positively reinforced operant conditioning reduces response frequency, at least in part through the aversive or frustrative effects of non-reinforcement. According to J.A. Gray's theory, non-reinforcement activates the behavioural inhibition system which in turn causes anxiety. As predicted, anxiolytic drugs including benzodiazepines affect the operant extinction process. Recent studies have shown that reducing GABA-mediated neurotransmission retards extinction of aversive conditioning. We have shown in a series of studies that anxiolytic compounds that potentiate GABA facilitate extinction of positively reinforced fixed-ratio operant behaviour in C57B1/6 male mice. This effect does not occur in the early stages of extinction, nor is it dependent on cumulative effects of the compound administered. Potentiation of GABA at later stages has the effect of increasing sensitivity to the extinction contingency and facilitates the inhibition of the behaviour that is no longer required. The GABAergic hypnotic, zolpidem, has the same selective effects on operant extinction in this procedure. The effects of zolpidem are not due to sedative action. There is evidence across our series of experiments that different GABA-A subtype receptors are involved in extinction facilitation and anxiolysis. Consequently, this procedure may not be an appropriate model for anxiolytic drug action, but it may be a useful technique for analysing the neural bases of extinction and designing therapeutic interventions in humans where failure to extinguish inappropriate behaviours can lead to pathological conditions such as post-traumatic stress disorder.

Effects of natural weathering on microstructure and mineral composition of cementitious roofing tiles reinforced with fique fibre

The objective of the present work was to evaluate the effects of 14 years of weathering exposition on the microstructure and mineral composition of cementitious roofing tiles, still in service, reinforced with fique fibres (Furcrae gender). The results show that tiles under weathering exposition presented higher water absorption and apparent void volume than tiles under laboratory exposition. The continuous hydration of cement and natural carbonation filled the smaller pores but contrarily the large pores remained in the porous fibre to matrix interface in the samples exposed to weathering. On the other hand, their microstructure presented lower air permeability than samples aged in the internal environment of the laboratory. Besides, in the weathering aged tiles takes place a more intensive hydration process as it was identified greater amount of hydrated phases than in the laboratory aged specimens. The present results contribute to understanding the consequences of tropical weathering on the fibre-cement degradation. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of accelerated carbonation on cementitious roofing tiles reinforced with lignocellulosic fibre

The present work evaluated the effects of accelerated carbonation on mechanical and physical characteristics of cementitious roofing tiles reinforced with vegetable fibre. The maximum load and toughness of the tiles have increased approximately 25% and 80% respectively as a consequence of the accelerated carbonation. Water absorption and apparent porosity decreased with carbonation while bulk density increased as a clear indication of the densification of the composite. The improvement on the mechanical performance suggests that the fibres retained their tensile strength in the inorganic matrix. Results of specimens extracted from the tested tiles after approximately 480 days in laboratory environment and further aged indicate that soak and dry cycles promoted some leaching of hydration products and more voids and lower density when performed before carbonation. The results indicate the utilization of accelerated carbonation as an effective procedure to mitigate the degradation suffered by the cellulose fibres in the less aggressive medium. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.