Comparative analysis of stress-strain calculation methods and algorithms for concrete members reinforced with FRP re-bars

Abstract

The final thesis consists of three main parts, each covering a certain aspect of investigation. First chapter presents an extensive literature review, covering such aspects as: application of FRP (fiber reinforced polymer) materials in modern-day civil engineering, characteristics of FRP reinforcement for reinforced concrete structures, advantages and drawbacks of FRP rebars compared to traditional materials, peculiarities of flexural behavior of FRP reinforced members, review of existing empirical stress-strain calculation algorithms and building codes for concrete members reinforced with FRP. Second part aims at presenting gathered experimental data consisting of 51 FRP reinforced flexural members under 4 point bending scheme. Taking into account such parameters as reinforcement ratio, load intensity and elasticity modulus of FRP reinforcement, statistical analysis on a number of calculation algorithms and building codes is performed in order to evaluate their credibility and reliability for use in real-world structures. The final part of the work presents a Simplified Discrete Crack model developed in VGTU Department of Bridges and Special Structures. The model is applied for a series of collected beams. The results are compared with theoretical predictions made by different design codes and experimental values. The final thesis consists of: 90 pages of text (without appendixes), 46 pictures, 17 tables. 3 appendixes are included. Literature list consisting of 82 bibliographic entries is presented in the end of thesis.

Baigiamąjį magistro darbą sudaro trys pagrindinės dalys. Pirmajame skyriuje pateikiama literatūros apžvalga, kurioje nagrinėjamos temos susijusios su pluoštinės armatūros panaudojimu lenkiamiems betoniniams elementams. Apžvelgiamos tokių elementų panaudojimo galimybės, privalumai ir trūkumai, deformacijų skaičiavimo metodai bei matematiniai modeliai. Antrajame skyriuje nagrinėjama surinkta polimerine armatūra armuotų sijų eksperimentinių duomenų imtis. Siekiant įvertinti skirtingų skaičiavimo metodų patikimumą ir pritaikomumą ne plienine armatūra armuotiems elementams, atliekama lyginamoji statistinė analizė. Jos metu įvertinama armavimo procento, apkrovimo lygio bei pluoštinės armatūros tamprumo modulio įtaka. Trečiojoje darbo dalyje surinktai eksperimentinių duomenų imčiai pritaikytas VGTU Tiltų ir Specialiųjų Statinių Katedroje sukurtas Diskrečiųjų plyšių modelis. Gautos priklausomybės palygintos su kitų skaičiavimo normų rezultatais bei eksperimentiniais duomenimis. Gauti rezultatai parodė, kad pritaikius tikslesnius praslydimo bei armatūros ir betono sąveikos ruožuose tarp plyšių modelius, diskrečiųjų plyšių modelis gali būti sėkmingai taikomas polimerine armatūra armuotų elementų elgsenai prognozuoti.