Experimental and Numerical Analysis of CFRP-Strengthened Reinforced Concrete Beams at Various Temperatures

Year 2025, Issue: Advanced Online Publication, 33 - 34

Gökçe Armağan , Meltem Korkmaz , Ali Gürbüz

https://doi.org/10.34248/bsengineering.1797720

Abstract

This study investigates the effects of various temperatures on the performance of reinforced concrete (RC) beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) using both experimental and numerical methods. A total of 24 beam specimens with dimensions of 10×15×60 cm were cast using C25/30 concrete. Half of the specimens were strengthened by CFRP wrapping, while the remaining half served as the control group. A total of 24 specimens were divided into three groups: 8 specimens were tested at 24 °C (room temperature), 8 specimens at 120 °C, and 8 specimens at 240 °C after being exposed to these temperatures for two hours. The experimental results showed that CFRP strengthening provided approximately 15% higher flexural strength at room temperature. In addition, while no significant strength loss was observed up to 120 °C, an approximate 8% reduction in strength occurred at 240 °C due to the adverse effect on the CFRP layer. The findings were further validated through finite element analyses conducted using Ansys Workbench. Numerical results were largely consistent with the experimental data, confirming that CFRP strengthening maintains its effectiveness up to elevated temperatures. At the same time, performance degradation becomes evident once the critical temperature threshold is exceeded. Overall, the results highlight that CFRP strengthening offers significant advantages in terms of post-fire performance, although its efficiency is clearly limited under high-temperature exposure.

Keywords

Carbon fiber reinforced polymer , Strengthening , High temperature , Flexural strength , Reinforced concrete beam.

Experimental and Numerical Analysis of CFRP-Strengthened Reinforced Concrete Beams at Various Temperatures

Abstract

Bu çalışma, farklı sıcaklıkların karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) ile güçlendirilmiş betonarme kirişlerin performansı üzerindeki etkilerini deneysel ve sayısal yöntemlerle incelemektedir. C25/30 sınıfı beton kullanılarak 10×15×60 cm boyutlarında toplam 24 kiriş numunesi hazırlanmış, bunların yarısı CFRP ile sarılarak güçlendirilmiş, diğer yarısı ise kontrol grubu olarak bırakılmıştır. Toplam 24 numune, üç farklı sıcaklık grubuna ayrılmıştır: 8 numune 24 °C (oda sıcaklığı), 8 numune 120 °C ve 8 numune 240 °C’de iki saat bekletildikten sonra eğilme dayanımı testine tabi tutulmuştur. Deneysel sonuçlar, CFRP ile güçlendirmenin oda sıcaklığında yaklaşık %15’lik bir dayanım artışı sağladığını ortaya koymuştur. Ayrıca, 120°C’ye kadar önemli bir dayanım kaybı gözlenmezken, 240°C’de CFRP tabakasının olumsuz etkilenmesi sonucu dayanımlarda yaklaşık %8’lik bir azalma meydana gelmiştir. Elde edilen bulgular, Ansys Workbench kullanılarak gerçekleştirilen sonlu eleman analizleri ile doğrulanmıştır. Sayısal ve deneysel sonuçların büyük ölçüde uyumlu olduğu görülmüş, bu da CFRP güçlendirme yönteminin yüksek sıcaklıklara kadar etkinliğini koruduğunu ve kritik sıcaklık eşiğinin aşıldığında performans kayıplarının başladığını göstermiştir. Sonuçlar, CFRP ile güçlendirmenin yangın sonrası dayanım açısından önemli avantajlar sunduğunu, ancak yüksek sıcaklıkların bu etkinliği sınırladığını açıkça ortaya koymaktadır.

Keywords

Karbon fiber takviyeli polimer , Güçlendirme , Yüksek sıcaklık , Eğilme dayanımı , Betonarme kiriş

References

• Al-Rousan, R. Z. (2021). Integration of CFRP strips as an internal shear reinforcement in reinforced concrete beams exposed to elevated temperature. Case Studies in Construction Materials, 14, e00508.
• Al-Rousan, R. Z., & Alkhawaldeh, A. (2021). Behavior of heated damaged reinforced concrete beam–column joints strengthened with FRP. Case Studies in Construction Materials, 15, e00584.