Tension Stiffening Effect on Load–Deflection Behavior of Concrete Beams Reinforced with FRP and Steel Bars

Year 2016, Volume: 31 Issue: 1, 429 - 449, 15.06.2016

İsmail Ünsal , Cengiz Dündar A. Kamil Tanrıkulu

https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.319349

Cited By: 1

Abstract

In this study, tension stiffening effect on load-deflection behavior of concrete beams reinforced with FRP

and steel bars is investigated. A total of 12 FRP reinforced concrete beam specimens, available in the

literature, were considered in the analysis. In order to investigate tension stiffening effect on flexural

behavior, bilinear tensile stress-strain model was considered for concrete material. In this model the

parameter αts controls the tension stiffening effect on the load-deflection behavior of the beam. Load-

deflection curves for the specimens were obtained with varying αts between 2 to 25, and then were

compared with the experimental results. In conclusion it is observed that the value of αts to be taken into

account for calculations in order to predict load-deflection behavior of reinforced concrete beams

significantly depend on the reinforcement ratio and the mechanical properties of reinforcement.

Keywords

Tension stiffening, FRP reinforced beam, Strain, Load-deflection, Moment-curvature

Çekme Rijitleşmesinin FRP ve Çelik Donatılı Betonarme Kirişlerin Yük-Deplasman Davranışı Üzerindeki Etkisi

Abstract

Bu çalışmada çekme rijitleşmesinin, FRP ve çelik donatılı betonarme kirişlerin yük-deplasman davranışı

üzerindeki etkisi teorik olarak incelenmiştir. Bu amaçla yapılan analizlerde, literatürde mevcut çeşitli

deneysel çalışmalarda test edilmiş olan 12 adet FRP ve çelik donatılı kiriş numunesi esas alınmıştır.

Çekme rijitleşmesinin eğilme davranışı üzerindeki etkisini incelemek üzere hesaplarda iki bölgeli

doğrusal çekme rijitleşmesi modeli kullanılmıştır. Bu modelde çekme rijitleşmesini αts parametresi

kontrol etmektedir. Yapılan analizlerle, her bir kiriş için αts parametresinin 2 ile 25 arasında değişen

değerlerine bağlı olarak yük-deplasman eğrisi elde edilmiştir. Analizlerden elde edilen sonuçlar, mevcut

deneysel çalışmalarda verilen kiriş numunelerine ait yük-deplasman ilişkileriyle karşılaştırılmıştır. Deney

sonuçları ile en uyumlu yük-deplasman ilişkisini sağlayan αts değerleri kaydedilmiştir. Sonuç olarak yük-

deplasman davranışı belirlenmek istenen FRP ve çelik donatılı betonarme kirişlerin analizi için

hesaplarda esas alınması gereken αts değerinin, donatı oranı ve donatı elastisite modülü gibi faktörlere

bağlı olarak önemli oranda değişkenlik gösterdiği belirlenmiştir.

Keywords

Çekme rijitleşmesi, FRP donatılı kiriş, Şekil değişme, Deplasman

References

• 1. Stramandinolia R.S.B., Rovere H.L.L., 2008.An Efficient Tension-Stiffening Model forNonlinear Analysis of Reinforced ConcreteMembers, Engineering Structures, 30: 2069–2080.
• 2. Allam S.M., Shoukry M.S., Rashad G.E.,Hassan A.S., 2013. Evaluation of TensionStiffening Effect on the Crack WidthCalculation of Flexural RC Members,Alexandria Engineering Journal, 52: 163-173.
• 3. Wu H.Q., Gilbert R.I., 2009. Modeling ShortTerm Tension Stiffening in ReinforcedConcrete Prisms Using a Continuum-BasedFinite Element Model, Engineering Structures,31: 2380-2391.
• 4. Yankelevsky D.Z., Jabareen M., Abutbul A.D.,2008. One-Dimensional Analysis of TensionStiffening in Reinforced Concrete withDiscrete Cracks, Engineering Structures, 30:206–217.
• 5. Dundar C., Tanrikulu A.K., Frosch R.J., 2015.Prediction of Load-Deflection Behavior ofMulti-Span FRP and Steel Reinforced ConcreteBeams, Composite Structures, 132: 680-693.
• 6. ACI Committee 440. Guide For The Designand Construction of Structural ConcreteReinforced With FRP Bars. ACI440.1R-06,American Concrete Institute, Farmington Hills,MI; 2006. P. 44.
• 7. El-Nemr A, Ahmed EA, Benmokrane B.Flexural Behavior And Serviceability ofNormal and High-Strength Concrete BeamsReinforced with Glass Fiber ReinforcedPolymer Bars. ACI Struct J 2013; 110 (6):1077–88.
• 8. Comité Euro-International du Béton (CEB).Manual on Cracking and Deformation, BulletinD’information, No. 158-E; 1985.
• 9. Bischoff PH. Reevaluation for DeflectionPrediction for Concrete Beams Reinforced withSteel and Fiber Reinforced Polymer Bars. JStruct Eng 2005;131(5):752–67.
• 10.ISIS Canada. Reinforcing Concrete Structureswith Fiber Reinforced Polymers, DesignManual No. 3, ISIS Canada, Winnipeg,Manitoba; 2001.
• 11.Comité Euro-International du Béton(CEB).CEB-FIB Model for Concrete Structures,Bulletin 213/214; 1990.
• 12. Mahroug M.E.M., Ashour A.F., Lam D., 2014.Tests of Continuous Concrete Slabs Reinforcedwith Carbon Fibre Reinforced Polymer Bars,Composites : Part B, 66: 348-357.
• 13. Mahroug M.E.M., Ashour A.F., Lam D., 2014.Experimental Response and Code Modelling ofContinuous Concrete Slabs Reinforced WithBFRP Bars, Composite Structures, 107: 664-674.