Behavior of reinforced concrete beams reinforced with GFRP bars

Tavares, D. H.; Giongo, J. S.; Paultre, P.

doi:10.1590/S1983-41952008000300004

Abstracts

The use of fiber reinforced polymer (FRP) bars is one of the alternatives presented in recent studies to prevent the drawbacks related to the steel reinforcement in specific reinforced concrete members. In this work, six reinforced concrete beams were submitted to four point bending tests. One beam was reinforced with CA-50 steel bars and five with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars. The tests were carried out in the Department of Structural Engineering in São Carlos Engineering School, São Paulo University. The objective of the test program was to compare strength, reinforcement deformation, displacement, and some anchorage aspects between the GFRP-reinforced concrete beams and the steel-reinforced concrete beam. The results show that, even though four GFRP-reinforced concrete beams were designed with the same internal tension force as that with steel reinforcement, their capacity was lower than that of the steel-reinforced beam. The results also show that similar flexural capacity can be achieved for the steel- and for the GFRP-reinforced concrete beams by controlling the stiffness (reinforcement modulus of elasticity multiplied by the bar cross-sectional area - EA) and the tension force of the GFRP bars.

FRP; GFRP; GFRP reinforcement; flexural behavior of GFRP bars

As propriedades das barras de aço são causas de importantes problemas, tais como a durabilidade, ocorridos em certas estruturas de concreto armado. O uso de barras de fibras de vidro impregnadas com polímero (FRP) é uma das alternativas encontradas na literatura para essas estruturas específicas. Neste trabalho, seis vigas de concreto armado foram submetidas a ensaios de flexão em quatro pontos. Uma das vigas foi armada com aço CA-50 (viga de controle) e outras cinco foram armadas com barras de fibra de vidro impregnadas com polímero. Os ensaios foram realizados no Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos. O programa experimental tinha por objetivo fazer uma comparação, em termos de resistência, deformação da armadura, deslocamento e alguns aspectos de ancoragem, das vigas armadas com barras de GFRP e a viga de controle armada com barras de aço CA-50. Os resultados mostraram que as vigas armadas com barras de GFRP apresentaram resistências menores do que a da viga armada com barras de aço, quando dimensionadas com os mesmos parâmetros de resistência. Além disso, foi observado que as vigas armadas com barras de GFRP podem atingir a mesma resistência à flexão da viga com barras de aço se, além da força resultante das tensões de tração nas barras também as rigidezes forem iguais, ou seja, se os produtos de inércia Ec Ac forem iguais.

FRP; GFRP; barras de fibras impregnadas com polímero; barras de fibra de vidro; comportamento à flexão de vigas armadas com barras de GFRP

Behavior of reinforced concrete beams reinforced with GFRP bars

Comportamento de vigas de concreto armadas com barras de GFRP (fibras de vidro impregnadas com polímero)

D. H. Tavares ^I ; J. S. Giongo ^I ^I ; P. Paultre ^I ^I ^I

^ICRGP (PhD student), Département de Génie Civil, Université de Sherbrooke, danusa.tavares@usherbrooke.ca, 1200 Boul. de l'Université, Sherbrooke, Canada

^IIDepartamento de Engenharia de Estruturas, EESC - USP, jsgiongo@sc.usp.br, Av. Trabalhador Sãocarlense 400, São Carlos, Brasil

^I^I^ICRGP, Département de Génie Civil, Université de Sherbrooke, patrick.paultre@usherbrooke.ca, 1200 Boul. de l'Université, Sherbrooke, Canada

ABSTRACT

The use of fiber reinforced polymer (FRP) bars is one of the alternatives presented in recent studies to prevent the drawbacks related to the steel reinforcement in specific reinforced concrete members. In this work, six reinforced concrete beams were submitted to four point bending tests. One beam was reinforced with CA-50 steel bars and five with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars. The tests were carried out in the Department of Structural Engineering in São Carlos Engineering School, São Paulo University. The objective of the test program was to compare strength, reinforcement deformation, displacement, and some anchorage aspects between the GFRP-reinforced concrete beams and the steel-reinforced concrete beam. The results show that, even though four GFRP-reinforced concrete beams were designed with the same internal tension force as that with steel reinforcement, their capacity was lower than that of the steel-reinforced beam. The results also show that similar flexural capacity can be achieved for the steel- and for the GFRP-reinforced concrete beams by controlling the stiffness (reinforcement modulus of elasticity multiplied by the bar cross-sectional area - EA) and the tension force of the GFRP bars.

Keywords: FRP, GFRP, GFRP reinforcement, flexural behavior of GFRP bars.

RESUMO

As propriedades das barras de aço são causas de importantes problemas, tais como a durabilidade, ocorridos em certas estruturas de concreto armado. O uso de barras de fibras de vidro impregnadas com polímero (FRP) é uma das alternativas encontradas na literatura para essas estruturas específicas. Neste trabalho, seis vigas de concreto armado foram submetidas a ensaios de flexão em quatro pontos. Uma das vigas foi armada com aço CA-50 (viga de controle) e outras cinco foram armadas com barras de fibra de vidro impregnadas com polímero. Os ensaios foram realizados no Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos. O programa experimental tinha por objetivo fazer uma comparação, em termos de resistência, deformação da armadura, deslocamento e alguns aspectos de ancoragem, das vigas armadas com barras de GFRP e a viga de controle armada com barras de aço CA-50. Os resultados mostraram que as vigas armadas com barras de GFRP apresentaram resistências menores do que a da viga armada com barras de aço, quando dimensionadas com os mesmos parâmetros de resistência. Além disso, foi observado que as vigas armadas com barras de GFRP podem atingir a mesma resistência à flexão da viga com barras de aço se, além da força resultante das tensões de tração nas barras também as rigidezes forem iguais, ou seja, se os produtos de inércia Ec Ac forem iguais.

Palavras-chave: FRP, GFRP, barras de fibras impregnadas com polímero, barras de fibra de vidro, comportamento à flexão de vigas armadas com barras de GFRP.

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References

[01] American Concrete Institute (1996) ACI Committee 440R State-of-Report on Fiber Reinforced Plastic (FRP) Reinforcement for Concrete Structures.
[02] American Concrete Institute (2003). ACI Committee 440.1R Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars.
[03] Associação Brasileira De Norma Técnicas (1984). NBR 8522:1884 - Concreto - Determinação do módulo de deformação estática e diagrama tensão deformação - Método de ensaio. Rio de Janeiro.
[04] Associação Brasileira De Norma Técnicas (1991). NBR 6349:1991 - Fios, barras e cordoalhas de aço para armaduras de protensão - Ensaio de tração - Método de ensaio. Rio de Janeiro.
[05] Associação Brasileira De Norma Técnicas (1994). NBR 5739:1994 - Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos - Método de ensaio. Rio de Janeiro.
[06] Associação Brasileira De Norma Técnicas (1994). NBR 7222:2003 - Argamassa e concreto - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos - Método de ensaio. Rio de Janeiro.
[07] Associação Brasileira De Norma Técnicas (2003). NBR 6118:2003 - Projeto de estruturas de concreto. Rio de Janeiro.
[08] Bischoff, P. H. and Paixao R. (2004) Tension stiffening and cracking of concrete reinforced with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars. Canadian Journal of Civil Engineering - number 31: pages 579-588.
[09] CEB-FIP, Model Code 1978 for Concrete Structures: CEB-FIP International recommendations 3rd edition, Comité Euro-International du Béton, Paris, France, 1978.
[10] CEB-FIP, Model Code 1990 for Concrete Structures: CEB-FIP International recommendations, Comité Euro-International du Béton, Lausanne, Switzerland, 1993.
[11] Ferracuti B. and Savoia M. (2005) Tension - Stiffening Law For FRP - Reinforced Concrete Elements under Service Loadings. Proceedings of the International Symposium on Bond Behaviour of FRP in Structures (BBFS 2005) at 2005 International Institute for FRP in Construction pages 221-228.
[12] Fib Task Group 9.3. FRP (Fibre Reinforced Polymer) Reinforcement for Concrete Structures (draft).
[13] Helene, P/ R.L. & Terzian, P. R. (1993). Manual de Dosagem e Controle do Concreto. 1ª reimpressão (maio 95). São Paulo, PINI / SENAI.
[14] Hughes Bros. Inc. (2001). Mechanical Properties of GFRP rebar. Seward, NE. http://www.hughesbros.com
[15] Paultre, P. (2001). WMNPHI -- A program for sectional analysis of structural concrete - User manual, Centre de recherche en génie parasismique et en dynamique des structures, Université de Sherbrooke, QC, Canada, Report CRGP-2001/01.
[16] Takeya, T. (2000). Exemplo de ensaio de uma viga de concreto armado simplesmente apoiada. EESC-USP.
[17] Tavares, D. H. (2006). Análise teórica e experimental de vigas de concreto armadas com barras não metálicas de GFRP. Dissertação de Mestrado. EESC - USP, São Carlos.
[18] Tavares, D. H., Ferreira O. P., and Giongo J. S. (2006). Propriedades e dimensionamento de estruturas de concreto armadas com barras não metálicas de GFRP. IBRACON, 48ºCBC. Rio de Janeiro.
[19] Vecchio, F.J. and Collins, M.P., The modified compression field theory for reinforced concrete elements subjected to shear, ACI Journal, Proceedings, V. 83, No. 2, March-April 1986, 219-231.

Publication Dates

Publication in this collection
18 Sept 2014
Date of issue
Sept 2008

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[1] [01] American Concrete Institute (1996) ACI Committee 440R State-of-Report on Fiber Reinforced Plastic (FRP) Reinforcement for Concrete Structures.

[2] [02] American Concrete Institute (2003). ACI Committee 440.1R Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars.

[3] [03] Associação Brasileira De Norma Técnicas (1984). NBR 8522:1884 - Concreto - Determinação do módulo de deformação estática e diagrama tensão deformação - Método de ensaio. Rio de Janeiro.

[4] [04] Associação Brasileira De Norma Técnicas (1991). NBR 6349:1991 - Fios, barras e cordoalhas de aço para armaduras de protensão - Ensaio de tração - Método de ensaio. Rio de Janeiro.

[5] [05] Associação Brasileira De Norma Técnicas (1994). NBR 5739:1994 - Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos - Método de ensaio. Rio de Janeiro.

[6] [06] Associação Brasileira De Norma Técnicas (1994). NBR 7222:2003 - Argamassa e concreto - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos - Método de ensaio. Rio de Janeiro.

[7] [07] Associação Brasileira De Norma Técnicas (2003). NBR 6118:2003 - Projeto de estruturas de concreto. Rio de Janeiro.

[8] [08] Bischoff, P. H. and Paixao R. (2004) Tension stiffening and cracking of concrete reinforced with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars. Canadian Journal of Civil Engineering - number 31: pages 579-588.

[9] [09] CEB-FIP, Model Code 1978 for Concrete Structures: CEB-FIP International recommendations 3rd edition, Comité Euro-International du Béton, Paris, France, 1978.

[10] [10] CEB-FIP, Model Code 1990 for Concrete Structures: CEB-FIP International recommendations, Comité Euro-International du Béton, Lausanne, Switzerland, 1993.

[11] [11] Ferracuti B. and Savoia M. (2005) Tension - Stiffening Law For FRP - Reinforced Concrete Elements under Service Loadings. Proceedings of the International Symposium on Bond Behaviour of FRP in Structures (BBFS 2005) at 2005 International Institute for FRP in Construction pages 221-228.

[12] [12] Fib Task Group 9.3. FRP (Fibre Reinforced Polymer) Reinforcement for Concrete Structures (draft).

[13] [13] Helene, P/ R.L. & Terzian, P. R. (1993). Manual de Dosagem e Controle do Concreto. 1ª reimpressão (maio 95). São Paulo, PINI / SENAI.

[14] [14] Hughes Bros. Inc. (2001). Mechanical Properties of GFRP rebar. Seward, NE. http://www.hughesbros.com

[15] [15] Paultre, P. (2001). WMNPHI -- A program for sectional analysis of structural concrete - User manual, Centre de recherche en génie parasismique et en dynamique des structures, Université de Sherbrooke, QC, Canada, Report CRGP-2001/01.

[16] [16] Takeya, T. (2000). Exemplo de ensaio de uma viga de concreto armado simplesmente apoiada. EESC-USP.

[17] [17] Tavares, D. H. (2006). Análise teórica e experimental de vigas de concreto armadas com barras não metálicas de GFRP. Dissertação de Mestrado. EESC - USP, São Carlos.

[18] [18] Tavares, D. H., Ferreira O. P., and Giongo J. S. (2006). Propriedades e dimensionamento de estruturas de concreto armadas com barras não metálicas de GFRP. IBRACON, 48ºCBC. Rio de Janeiro.

[19] [19] Vecchio, F.J. and Collins, M.P., The modified compression field theory for reinforced concrete elements subjected to shear, ACI Journal, Proceedings, V. 83, No. 2, March-April 1986, 219-231.