EXPERIMENTAL AND ANALYTICAL COMPARISON OF CFRP CONFINEMENT APPLICATION ON CONCRETE

Abstract

The use of various polymer composites such as carbon fiber reinforced fabrics (CFRP) in strengthening structures with insufficient earthquake resistance is becoming widespread in the building industry. While this new reinforcement method increases the tensile strength of reinforced concrete structural elements with the effect of winding, it also contributes significantly to ductile behavior. In this study, core samples were taken from a structure with a lower strength than the target strength. These core samples were reinforced by wrapping them with CFRP and their compressive strength was measured. At the same time, core samples were modeled in computer environment with ANSYS software, and theoretical compressive strengths were calculated on this model and comparison of these theoretical values with experimental strengths. The theoretical and experimental compressive strengths obtained were compared with the relevant literature. In this study, stress deformation results of the samples reinforced by wrapping single layer and two layers of CFRP were obtained that overlap with studies in the literature. A modeling approach in which experimental and theoretical values are compatible with each other has been introduced.

Keywords

• CFRP
• Carbon Fiber
• Strengthening
• CFRP Modelling
• Ansys

BETONDA CFRP SARGI UYGULAMASININ DENEYSEL VE ANALİTİK OLARAK KARŞILAŞTIRILMASI

Abstract

Karbon fiber takviyeli kumaşlar (CFRP) gibi çeşitli polimer kompozitlerin deprem dayanımı yetersiz yapıların güçlendirilmesinde kullanımı yaygınlaşmaktadır. Bu yeni güçlendirme yöntemi sargı etkisiyle betonarme elemanların basınç dayanımını artırırken sünek davranışa da önemli ölçüde katkı sağlamaktadır. Bu çalışma kapsamında; mevcut bir yapıdan karot numuneler alınmıştır. Bu karot numuneler CFRP ile sarılarak güçlendirilmiş ve basınç dayanımları ölçülmüştür. Aynı zamanda karot numuneler ANSYS yazılımıyla bilgisayar ortamında modellenerek bu model üzerinden teorik basınç dayanımları hesaplanmış ve bu teorik değerlerin deneysel dayanımlarla kıyaslanması yapılmıştır. Elde edilen teorik ve deneysel basınç dayanımları konuya ilişkin literatürle karşılaştırılmıştır. Bu çalışma sonucunda tek kat ve iki kat CFRP sarılarak güçlendirilen numunelerin gerilme deformasyon sonuçları literatürdeki çalışmalarla örtüşen sonuçlar elde edilmiştir. Deneysel ve teorik değerlerin birbiriyle uyumlu olduğu bir modelleme yaklaşımı ortaya koyulmuştur.

Keywords

• CFRP
• Karbon Elyaf
• Güçlendirme
• CFRP Modelleme
• Ansys

References

1. Adibelli, H., Unal, I., Varisli, M. (2017). Karbon elyaf ve cam elyaf kumaş ile sargılı betonların eksenel basınç altında davranışı, 20. ULUSAL MEKANİK KONGRESİ, 05 - 09 Eylül, Uludağ Üniversitesi, Bursa.
2. Baki, V. A. , NAYIR, S., ERDOĞDU, Ş., & Ustabas, I., (2020). Determination of the Pozzolanic Activities of Trachyte and Rhyolite and Comparison of the Test Methods Implemented. INTERNATIONAL JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING .
3. Çelik, V. Ç., Karaşin, H., (2014). Karbon Elyaf İle Betonun Güçlendirilmesi, Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültsi Mühendislik Dergisi, Cilt 5, Sayı 1, sayfa 1-11.
4. Dilmaç, H., Ulutaş, H., Tekeli, H., & Demir, F. (2018). An Evaluation on Seismic Performance of Existing Reinforced Concrete Buildings in Turkey. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(Ek (Suppl.) 1), 224-237.
5. Dilmaç, H. (2020). Preliminary assessment approach to predict seismic vulnerability of existing low and mid-rise RC buildings. Bulletin of Earthquake Engineering, 1-33. Mechanics, 75(2), 211-227.
6. Eid, R., Paultre, P., (2017). Compressive behavior of FRP-confined reinforced concrete columns,Eng. Struct., vol. 132, pp. 518–530.
7. Gurbuz, A. Tekin, M., 2017. Developing Damage Estimation Methods for Different Types of Reinforced Concrete Buildings, TEKNIK DERGI , vol.28, pp.8051-8076.
8. Hi̇çyılmaz, Ö , Özçeli̇k, M . (2019). Ankara – Sivas Demiryolu Hizli Tren Projesi T-5 Tüneli Yapim Çalişmalari . Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi , 7 (2) , 321-329 . DOI: 10.21923/jesd.491825.

9. Ilki, A., Kumbasar, N., Koç, V., (2003). Low and medium strength concrete members confined by fiber reinforced polymer jackets, ARI Bull. Istanbul Tech. Univ., vol. 53, no. 1.
10. İlki, A., Kumbasar, N., (2002). Karbon Lif Takviyeli Polimer Kompozit Malzeme ile Hasarlı Betonarme Elemanların Onarım ve Güçlendirilmesi, İMO Teknik Dergi, s. 2598-2616.
11. Ilki, A., Peker, O., Karamuk, O., Demir, C., Kumbasar, N., (2008). FRP Retrofit of Low and Medium Strength Circular and Rectangular Reinforced Concrete Columns. Mater. Civ. Eng., vol. 20, no. 2, pp. 169–188.
12. Karaşin, H., Öncü, M., Yılmaz, S., (2010). Cfrp İle Güçlendirilmiş Kesitlerin Tekrarlanan Yükler Altındaki Davranışı. E-Journal of New World Sciences Academy, 5(3), 130613114.
13. Kurt, Z., & Ateş, Ş., (2019). Sismik İzolasyonlu Betonarme Bir Köprünün Dinamik Analiz Yöntemlerinin Kesit Tesirlerine Etkisi . 4. Köprüler ve Viyadükler Sempozyumu.
14. Lam, L., Teng, F. G., (2009). Stress-strain model for FRP-confined concrete under cyclic axial compression,” Engineering Structures, 11(2) 308–321.
15. Lee, D.H., Han, S.J., Kim, K.S., LaFave, J.M. (2017). Shear strength of reinforced concrete beams strengthened in shear using externally-bonded FRP composites. Composite Structures 173, 177–187.
16. Li W.,, Tang S.,, Huang Z., Yang X., Shi T., Xing F., (2020) Shear behavior of concrete beam reinforced in shear with carbon fiber reinforced polymer mesh fabric (CFRP-MF) configuration, Engineering Structural, 218, 110828.
17. Mert, N., Elmas, M. (2007). Fiber Takviyeli Polimerle Güçlendirilen Betonarme Kirişlerin Doğrusal Olmayan Analizi, Uluslararası Deprem Sempozyumu, Kocaeli.
18. Mirmiran, A. Shahawy, M., (1997). Behavior of Concrete Columns Confined by Fiber Composites, J. Struct. Eng., vol. 123, no. 5, pp. 583–590.
19. Vincent, T., Ozbakkaloglu, T., (2016). Influence of overlap configuration on compressive behavior of CFRP-confined normal- and high-strength concrete. Mater Struct 49, 1245–1268. https://doi.org/10.1617/s11527-015-0574-x.
20. Ozbakkaloglu, T., Lim, J. C., (2013). Axial compressive behavior of FRP-confined concrete: Experimental test database and a new design-oriented model,” Compos. Part B Eng., vol. 55, 607–634.
21. Sarıbıyık, A., (2017). Betonların Güçlendirilmesinde FRP Kompozitlerin Hibrit Olarak Kullanımının Etkisi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22 (2), 383-391.
22. Seffo, M., Hamcho, M., (2012). Strength of concrete cylinder confined by composite materials (CFRP),” in Energy Procedia, vol. 19, pp. 276–285.
23. Stolla, F., Saliba, J. E., Casper, L.E. (2000). Experimental study of CFRP-prestressed high-strength concrete bridge beams. Composite Structures, 49 (2) 191-200.
24. Tekeli, H., Dilmaç, H., Demir, F., & Güler, K. (2020). Prediction of Seismic Performance of Existing Framed Reinforced Concrete Buildings. Journal of Performance of Constructed Facilities, 34(3), 04020030.
25. TS EN 12390-3, (2003). Beton - Sertleşmiş Beton Deneyleri - Bölüm 3 :Deney Numunelerinde Basınç Dayanımının Tayini, Ankara.
26. Turgay, T., Polat, Z., Koksal, H. O., Doran, B., Karakoç, C., (2010). Compressive behavior of large-scale square reinforced concrete columns confined with carbon fiber reinforced polymer jackets, Mater. Des., vol. 31, no. 1, pp. 357–364.
27. Ustabas, I., (2012). The effect of capillarity on chloride transport and the prediction of the accumulation region of chloride in concretes with reinforcement corrosion, Construction and Building Materials 28 (1), 640-647.
28. Ustabas, I., Desik, F., (2020). Transition coefficients between compressive strengths of samples with different shape and size in mass concrete and use of weight maturity method in dam construction. STRUCTURAL CONCRETE .
29. Xiao, Y., Wu, H., (2003). Compressive behavior of concrete confined by various types of FRP composite jackets,” J. Reinf. Plast. Compos., vol. 22, no. 13, pp. 1187–1201.
30. Yaylacı, M , Bayrak, M , Avcar, M . (2019). Finite Element Modeling of Receding Contact Problem . International Journal of Engineering and Applied Sciences , 11 (4) , 468-475 . DOI: 10.24107/ijeas.646718.
31. Yin, P., Huang, L., Yan, L., Zhu, D., (2016). Compressive behavior of concrete confined by CFRP and transverse spiral reinforcement. Part A: experimental study, Mater. Struct., vol. 49, no. 3, pp. 1001– 1011.
32. Zhong, Y. Z., Yu, Q., Tao, Z., (2008). Compressive behaviour of CFRP-confined rectangular concrete columns, Mag. Concr. Res., vol. 60, no. 10, pp. 735–745.