Effect of shear deformation on interfacial stresses in plated beams subjected to arbitrary loading

Bonding a fibre reinforced polymer (FRP) composite or metallic plate to the soffit of a reinforced concrete (RC), timber or metallic beam can significantly increase its strength and other aspects of structural performance. These hybrid beams are often found to fail due to premature debonding of the plate from the original beam in a brittle manner. This has led to the development of many analytical solutions over the last two decades to quantify the interfacial shear and normal stresses between the adherends. The adherends are subjected to axial, bending and shear deformations. However, most analytical solutions have neglected the influence of shear deformation of the adherends. For the few solutions which consider this effect in an approximate manner, their applicability is limited to one or two specific load cases. This paper presents a general analytical solution for the interfacial stresses in plated beams under an arbitrary loading with the shear deformation of the adherends duly considered. The shear stress distribution is assumed to be parabolic through the depth of the adherends in predicting the interfacial shear stress and Timoshenko's beam theory is adopted in predicting interfacial normal stress to account for the shear deformation. The solution is applicable to a beam of arbitrary prismatic cross-section bonded symmetrically or asymmetrically with a thin or thick plate, both having linear elastic material properties. The effect of shear deformation is illustrated through an example beam. The influence of material and geometric parameters of the adherends and adhesive on the interfacial stress concentrations at the plate end is discussed. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Analysis of fatigue crack growth in RC beams

In this work, a fatigue crack propagation model developed using dimensional analysis for plain concrete is used in conjunction with the steel closing force to predict the crack growth behavior of reinforced concrete beams. A numerical procedure is followed using the proposed model to compute the fatigue life of RC beams and the dissipated energy in the steel reinforcement due to shake down behavior. Through a sensitivity study, it is found that the structural size is the most sensitive parameter on which the crack growth rate is dependent. Furthermore, the moment carrying capacity of an RC beam is computed as function of crack size by considering the effect of bond slip.

Fatigue damage assessment in cracked RC beams

In this work, an attempt has been made to assess the fatigue life of reinforced concrete beams, by proposing a crack propagation law which accounts for parameters such as fracture toughness, crack length, loading ratio and structural size. A numerical procedure is developed to compute fatigue life of RC beams. The predicted results are compared with the available experimental data in the literature and seen to agree reasonably well. Further, in order to assess the remaining life of an RC member, the moment carrying capacity is determined as a function of crack extension, based on the crack tip opening displacement and residual strength of the member is computed at an event of unstable fracture.

FRP-Confined Clay Brick Masonry Assemblages under Axial Compression: Experimental and Analytical Investigations

Unreinforced masonry (URM) structures that are in need of repair and rehabilitation constitute a significant portion of building stock worldwide. The successful application of fiber-reinforced polymers (FRP) for repair and retrofitting of reinforced-concrete (RC) structures has opened new avenues for strengthening URM structures with FRP materials. The present study analyzes the behavior of FRP-confined masonry prisms under monotonic axial compression. Masonry comprising of burnt clay bricks and cement-sand mortar (generally adopted in the Indian subcontinent) having E-b/E-m ratio less than one is employed in the study. The parameters considered in the study are, (1) masonry bonding pattern, (2) inclination of loading axis to the bed joint, (3) type of FRP (carbon FRP or glass FRP), and (4) grade of FRP fabric. The performance of FRP-confined masonry prisms is compared with unconfined masonry prisms in terms of compressive strength, modulus of elasticity and stress-strain response. The results showed an enhancement in compressive strength, modulus of elasticity, strain at peak stress, and ultimate strain for FRP-confined masonry prisms. The FRP confinement of masonry resulted in reducing the influence of the inclination of the loading axis to the bed joint on the compressive strength and failure pattern. Various analytical models available in the literature for the prediction of compressive strength of FRP-confined masonry are assessed. New coefficients are generated for the analytical model by appending experimental results of the current study with data available in the literature. (C) 2014 American Society of Civil Engineers.

Análise de fadiga em pontes rodoviárias de concreto armado

As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas às ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas podem gerar o surgimento das fraturas ou mesmo a sua propagação na estrutura. A correta consideração destes aspectos objetivou o desenvolvimento de um estudo, de forma a avaliar os esforços do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. As técnicas para a contagem de ciclos de esforços e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas estudadas. A ponte rodoviária investigada é constituída por quatro vigas longitudinais, três transversinas e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. O modelo estrutural da obra de arte rodoviária estudada foi simulado com base no emprego de elementos finitos sólidos tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas massa-mola-amortecedor. O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro da ponte. As conclusões deste trabalho versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes rodoviárias de concreto armado submetidas às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro.

Caracterização de concreto reforçado com fibras pela técnica de microtomografia computadorizada por transmissão de raios X

Nesta dissertação de Mestrado do programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia dos Materiais é apresentado um estudo para a caracterização do concreto reforçado com fibras de polipropileno e de aço pela análise das imagens de microtomografia computadorizada por transmissão de raios X (μCT). Foram produzidos corpos de prova de concreto para determinar a sua resistência mecânica à compressão. As imagens foram obtidas no sistema Skyscan, modelo 1174, reconstruídas e analisadas. Foi possível observar na análise das imagens a estrutura da fibra de aço dispersa na matriz do concreto e quantificá-las pelo programa de análise de imagens Ctan e perceber um ganho na resistência mecânica em relação ao concreto sem fibras. Não foi feito a quantificação das amostras de fibras de polipropileno dispersas na matriz de concreto, mas foi observada a presença de aglomerados dessa fibra que resultaram na perda da resistência mecânica em relação ao concreto sem fibras.

Corrosão dos aços UNS S30400 e 31600 em meios simuladores de poros de concreto

Com o objetivo de investigar a influência que o molibdênio exerce nas propriedades das camadas passivas das armaduras de aços austeníticos, barras redondas dos aços UNS S30400 e 31600 foram submetidas à ação de soluções que simulam as que são encontradas nos poros de concreto. Para caracterizar o efeito do molibdênio na resistência daqueles aços à corrosão por pites, foram conduzidos ensaios de circuito aberto, polarização anódica, espectroscopia de impedância eletroquímica, análise de Mott-Schottky, tração em baixa taxa de deformação e análise das superfícies por microscopias óptica e eletrônica de varredura. Os resultados obtidos demonstram que, de uma forma geral, o aço UNS S30400 (sem molibdênio) apresentou maior resistência à corrosão localizada que o UNS S31600 (2% de Mo) nas soluções alcalinas cloretadas naturalmente aeradas, comportamento este inverso ao que se observa nos mesmos materiais quando submetidos a soluções cloretadas neutras ou ácidas.

Modelagem do comportamento estrutural estático e dinâmico de lajes nervuradas de concreto armado.

Diversos pesquisadores têm estudado o comportamento e o emprego de lajes nervuradas de concreto armado em sistemas estruturais na engenharia civil que demonstrem viabilidade sob o ponto de vista técnico e econômico. Por esta razão, inúmeros trabalhos têm sido publicados nos últimos anos respaldados por testes experimentais e análises numéricas. Neste contexto, diversos tipos de sistemas estruturais de lajes nervuradas têm sido desenvolvidos. Assim sendo, o objetivo desta investigação é o de contribuir, no que tange ao estudo do comportamento estrutural estático e dinâmico de lajes nervuradas de concreto armado, tendo em mente o emprego destas em sistemas estruturais na engenharia civil. Este trabalho de pesquisa objetiva também o estudo da resposta dinâmica de lajes nervuradas de concreto armado, sob o ponto de vista de conforto humano, especialmente quando essas estruturas encontram-se submetidas a atividades humanas rítmicas. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados experimentais, que consideram grupos de indivíduos desenvolvendo atividades rítmicas correspondentes à ginástica aeróbica (atividade sincronizada). São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa de elementos finitos ANSYS. No presente modelo computacional, as vigas de bordo, nervuras e a laje de concreto armado são simuladas por elementos finitos de casca. Os resultados obtidos ao longo do estudo, em termos das acelerações de pico, são confrontados e comparados com os limites propostos por normas de projeto, sob o ponto de vista do conforto humano. Com base na análise dinâmica das lajes nervuradas investigadas foi possível verificar que as atividades humanas rítmicas podem vir a gerar valores de acelerações de pico elevados e que violam os critérios de conforto humano. Deste modo, foi observado que, as acelerações nos modelos estudados, podem atingir níveis elevados de vibração que comprometem o conforto dos usuários.

La utilización del acero inoxidable en estructuras de hormigón armado en edificación.

[ES]El hormigón, y más concretamente las armaduras de hormigón, son usadas a diario en múltiples lugares. Estas armaduras son utilizadas en diversas estructuras, de las cuales se espera una duración relativamente larga; aún así, en ciertos ambientes, ciertos agentes, tales como el dióxido de carbono o los cloruros, consiguen atravesar el hormigón alcanzando las armaduras y reducir el pH del hormigón hasta el punto que el acero del interior queda despasivado. A partir de aquí, y debido mayormente al oxígeno, el acero se corroe, reduciendo drásticamente la vida de dichas armaduras y, por tanto, de las estructuras. Debido a esto, la utilización de armaduras de acero inoxidable, en lugar de las típicas de acero al carbono, está cobrando fuerza, a pesar de su mayor coste inicial. Su mayor resistencia a la corrosión en ambientes agresivos convierte al acero inoxidable en una opción a tener en cuenta para prolongar la vida de las estructuras que se encuentran en estos ambientes. En este trabajo se han comparado ambos tipos de aceros, en dos tipos de secciones diferentes, resaltando las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos, mayormente centrándose en la resistencia y el coste que tiene cada uno de ellos. Los resultados demuestran que el acero inoxidable supone una ventaja considerable en algunos ámbitos de uso, a pesar de que en otros el acero al carbono siga siendo más viable. A pesar de esto, queda claro que la evolución ascendente del uso de armaduras de acero inoxidable está de sobra justificada.

Plastic Analysis and Testing of multidirectional SFRC flag slabs

This paper presents a theoretical and experimental study of multidirectional steel fibers reinforced concrete slabs (SFRC). The study is based on a real building application using SFRC flag slabs. For the evaluation of the slabs bearing capacity, plastic calculations are performed both at section and structure levels. The section analysis uses the perfect plastic stress-strain diagram, with reference to the values of the strength characteristics of SFRC based on previous jobs that used similar fibers and dosages. In the structure analysis the plastic yield lines method has been used. This method relates the section last bearing moment and the plastic collapse load. The experimental campaign has consisted of the testing of six 2 m. diameter circular shaped slabs prototypes, and has allowed to verify the reference resistance used in the calculations.