Finite element simulation of RC beams under flexure strengthened with different layouts of externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) sheets Translated title: Simulación de elementos finitos de vigas de hormigón armado bajo flexión, reforzadas con diferentes configuraciones de láminas de polímeros reforzadas con fibras externamente adheridas

Abstract

Abstract: Current research work is aimed to numerically simulate the failure behavior of Fiber Reinforced Polymer (FRP) strengthened reinforced concrete beams having different FRP reinforcement ratios. Required objectives are achieved by performing a series of bending tests on RC beams carrying different FRP layout and FRP reinforcement ratio. Tested beams were numerically simulated by using a Finite Element Method based computer package. The layouts of the FRP strengthening were decided based upon the FRP reinforcement ratios ranging from fully wrapped beams to the beams having significantly lower FRP reinforcement ratios. Tests results are presented in the form of load-deflection curves for all of the beams and a comparison of different beam strengthening schemes is also presented. Failure patterns of RC beams strengthened with different layouts of externally bonded FRP sheets were also compared. Results of flexural tests on twelve beams specimens and numerical simulation have indicated that CFRP and GFRP can significantly increase the bending and shear strength of retrofitted beams. However, the use of higher FRP reinforcement ratios to get higher strength increment is not advisable as epoxy properties and concrete surface quality plays a vital role to increase flexural and shear strength.

Translated abstract

Resumen: El trabajo de investigación actual tiene como objetivo simular numéricamente el comportamiento de falla de las vigas de concreto reforzado fortificado con polímero reforzado con fibra (FRP) que tienen diferentes relaciones de refuerzo de FRP. Los objetivos requeridos se logran al realizar una serie de pruebas de flexión en vigas RC que tienen diferentes diseños de FRP y relación de refuerzo de FRP. Las vigas probadas se simularon numéricamente utilizando un paquete de computadora basado en el método de elementos finitos. Los diseños del refuerzo de FRP se decidieron en función de las relaciones de refuerzo de FRP que van desde las vigas totalmente envueltas hasta las vigas que tienen relaciones de refuerzo de FRP significativamente más bajas. Los resultados de las pruebas se presentan en forma de curvas de desviación de carga, para todas las vigas, y también se presenta una comparación de los diferentes esquemas de refuerzo de las vigas. También se compararon los patrones de falla de las vigas RC reforzadas con diferentes diseños de hojas FRP unidas externamente. Los resultados de las pruebas de flexión en especímenes de doce vigas y simulación numérica han indicado que CFRP y GFRP pueden aumentar significativamente la resistencia a la flexión y al corte de las vigas modificadas. Sin embargo, el uso de relaciones de refuerzo de FRP más altas para obtener un mayor incremento de la resistencia no es recomendable, ya que las propiedades epóxicas y la calidad de la superficie del concreto desempeñan un papel vital para aumentar la resistencia a la flexión y al corte.