Abstract

A Near Surface Mounted (NSM) strengthening technique was developed to increase the shear resistance of reinforced concrete beams. The NSM technique is based on fixing, by epoxy adhesive, CFRP laminate strips into saw-cut slits on the concrete cover of lateral surfaces of the beams. To assess the efficacy of this technique, an experimental program of four-point bending tests was carried out. Each of the four tested series was composed of five beams: without any shear reinforcement; reinforced with conventional steel stirrups; strengthened with U strips of wet lay-up CFRP sheets; and two beams strengthened with precured laminate strips of CFRP, one of them with laminates positioned at 90º and the other with laminates positioned at 45º in relation to the beam axis. Influences of the laminate strip percentage, laminate strip inclination and beam height on the efficacy of the NSM technique were analyzed. This efficacy was assessed not only in terms of the increase of maximum load and deflection at beam rupture, but also in terms of the beam strength performance per unit length of the applied material.

Keywords: shear strengthening, shear failure, concrete, CFRP, NSM laminates, efficacy.

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Resumo

Neste trabalho apresenta-se a técnica de reforço ao corte baseada na inserção de laminados de CFRP em finos entalhes efectuados nas faces laterais de vigas de betão armado. De forma a validar a técnica de reforço proposta foi realizado um programa experimental que englobou vigas sem qualquer armadura transversal, vigas com estribos verticais de aço, vigas em que o reforço ao corte foi materializado por intermédio de faixas discretas de manta de CFRP coladas externamente em forma de U, e vigas reforçadas ao esforço transverso com laminados de CFRP dispostos verticalmente ou inclinados a 45º, inseridos em entalhes efectuados no betão de recobrimento das faces laterais da viga. Os parâmetros avaliados foram a percentagem de CFRP, a orientação do reforço e a altura da viga. O desempenho da nova técnica de reforço foi avaliado quer em termos mecânicos quer em termos da quantidade de material de CFRP utilizado.

Palavras Chave: reforço ao corte, rotura por corte, betão, CFRP, laminados inseridos, eficácia.

Abstract

This study aims to explore the main structural implications on the use of CFRP composites for the shear strengthening of R/C beams. Thirty beams 300 cm long with a 15 x 30 cm cross-section were fabricated and strengthened in shear using different strengthening schemes, applying two CFRP composite systems. Failure loads and modes are analysed. The strengthening schemes are also analysed in order to provide valuable information regarding the rational usage of such peculiar material. Experimental results corroborate how versatile the CFRP composites can be, especially when tailored for a particular situation.

Keywords: shear strengthening, reinforced concrete, cfrp composites.

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Resumo

Este estudo tem por objetivo explorar as principais implicações estruturais da aplicação dos compósitos de fibra de CFRP ao cisalhamento de vigas de concreto armado. Para o desenvolvimento desse estudo foram construídas 30 vigas com seção transversal 15x30 cm com 300 cm de comprimento. Destas, duas serviram como referência e as demais foram reforçadas, adotando-se diferentes configurações de reforço ao cisalhamento, empregando dois tipos de sistema de reforço. Os resultados de cargas de ruptura, assim como seus respectivos modos, são analisados e confrontam-se as diferentes configurações de reforço estudadas. Do ponto de vista de aplicação, observou-se a grande versatilidade dos compósitos, permitindo uma infinidade de configurações, especialmente desenvolvidas para uma determinada situação. Além de consideráveis incrementos na resistência das vigas reforçadas, a avaliação de diferentes configurações de reforço permite uma aplicação mais racional dos compósitos, cujo custo é bastante elevado.

Palavras Chave: reforço ao cisalhamento, concreto armado, compósitos de cfrp.

Abstract

This paper deals with global second order effects in concrete buildings, discussing simplified procedures for considering geometric non-linearity for structural analysis. A detailed study on the gz parameter is carried out showing that increasing the first order internal forces with that parameter is possible to assess the second order effects. Finally, advantages and limitations of its use are clearly established.

Keywords: reinforced concrete, tall buildings, global instability.

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Resumo

Neste trabalho são abordados os efeitos globais de segunda ordem em estruturas de contraventamento de edifícios de concreto armado, sendo discutidos os resultados obtidos por um procedimento simplificado para a consideração da não-linearidade geométrica (NLG) na análise de edifícios. Um estudo detalhado do parâmetro gz, proposto como um majorador dos esforços em primeira ordem para a obtenção dos esforços finais em segunda ordem, é apresentado. Desse modo são estabelecidas de forma mais clara e objetiva as vantagens e as limitações deste procedimento.

Palavras Chave: concreto armado, edifícios altos, instabilidade global.

Abstract

The present work deals with the use of the prestressed concrete, bonded and unbonded, for residential buildings, pointing out aspects such as consumption of materials, construction time and structural performance. Three different structural systems are considered: flat plate and columns; waffle slab and columns and waffle slab supported by prestressed strip beams and columns. The studied structural systems are analyzed by the structural analysis program TQS®, using the so-called grillage analogy method. Initially, a numerical simulation is carried out in order to evaluate the behavior of an experimental model. After, a residential building floor case analysis is carried out, considering the different structural systems afore mentioned, adopting both bonded and unbonded tendons. After several considerations based on the obtained results one can say that the unbonded prestressed waffle slab on columns seems to be the most interesting system for this case.

Keywords: prestressed concrete, structural system, materials consumption, unbonded prestress, bonded prestress.

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Resumo

O presente trabalho aborda a utilização da protensão aderente e não-aderente em edifícios residenciais de concreto, com destaque para aspectos referentes ao consumo de materiais, tempo de execução e desempenho estrutural. São considerados três diferentes arranjos estruturais: laje plana maciça sobre pilares; laje plana nervurada sobre pilares e laje nervurada apoiada em vigas-faixa protendidas sobre pilares. As estruturas são analisadas com o programa TQS®, utilizando-se a “analogia de grelha”. Inicialmente, é apresentada uma simulação numérica de um protótipo experimental em laje protendida, mostrando a adequação da simulação numérica adotada ao comportamento dos pavimentos estudados. Posteriormente, é estudado um caso de um pavimento de edifício residencial, considerando-se os três arranjos estruturais mencionados e ainda a protensão aderente e não-aderente. Com os resultados obtidos são feitas diversas considerações que levam à conclusão que, de forma geral, a laje nervurada sobre pilares com protensão não-aderente parece ser o sistema construtivo mais interessante.

Palavras Chave: concreto protendido, arranjos estruturais, consumo de materiais, Protensão não-aderente, Protensão aderente.

Abstract

This paper presents an analytical approach to predict the size (slenderness) effect on the post-peak ductility of concrete in compression. The approach takes into account the specimen height in the calculation of the ductility of plain concrete under uniaxial compression and the uniform moment zone length in the calculation of the ductility of reinforced concrete beams. The uniaxial compressive response of concrete is considered using a strain localization-based approach that accounts for the size-dependent stress-strain response. The compressive response of concrete is modeled by dividing the response into undamaged and damaged sections. These different responses are used in the formulation of a simple approach for predicting the size-dependent moment-curvature response of reinforced beams under pure bending. In addition, the experimental results of laboratory tests were in agreement with the ones predicted by the model.

Keywords: concrete, ductility, size effect, strain localization.

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Resumo

Este artigo apresenta um modelo analítico para a previsão do efeito de escala na ductilidade pós-pico do concreto comprimido. O modelo leva em conta a altura do corpo-de-prova no cálculo da ductilidade do concreto simples sob compressão uniaxial e o comprimento da zona de momento fletor uniforme no cálculo da ductilidade de vigas armadas sob flexão pura. A resposta do concreto à compressão é considerada utilizando a idéia de localização de deformações e uma curva tensão-deformação dependente do tamanho do corpo-de-prova. A modelagem é feita dividindo-se o corpo-de-prova em zonas danificadas e não-danificadas, as quais apresentam respostas distintas. Estas diferentes respostas são introduzidas numa formulação simples para a previsão do efeito de escala no diagrama momento-curvatura de vigas de concreto armado sob flexão pura. Os resultados experimentais de ensaios laboratoriais foram adequadamente previstos pelo modelo proposto.

Palavras Chave: concreto, ductilidade, efeito de escala, localização de deformações.