SUPERVISOR
Davood Mostofinejad
داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Fatemeh Mohammadi ghahsareh
فاطمه محمدی قهساره
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Groove classification in grooving method and its effect on FRP-concrete bond behavior
Groove align="center" Fatemeh Mohammadi fateme.mohamadi@cv.iut.ac.ir September, 2019 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Degree: M.Sc Language: Persian Supervisor: Dr. Davood Mostofinejad, Prof. Email address: dmostofi@cc.iut.ac.ir In recent years, owing to their advantageous properties, such as light weight, high tensile strength, and high durability under harsh environmental conditions, using fiber reinforced polymer (FRP) composite have known as an effective way for strengthening concrete structures. Despite certain benefit of externally bonded reinforcement (EBR) technique such as simple and rapid installation, premature debonding of FRP sheet from the concrete substrate is one of its limitation. Grooving method as an effective way to postpone or eliminate FRP debonding has been recently introduced at Isfahan University of Technology. In last studies, number, spacing, and direction of grooves was constant, and only width and depth of groove was changed and evaluated. The main purpose of the current study is evaluation of width, depth, spacing, and direction of grooves and presentation of class of grooves for the first time. In current study, 24 class of grooves were defined. As a result, 48 specimens were strengthened with grooving method (EBROG), and 2 specimens were strengthened with externally bonded reinforcement (EBR) method using CFRP sheet. For this purpose, 36 concrete specimens with dimension of 150×150×350 mm were cast, three side of which could be used in the single-lap shear tests. All specimens were tested through single lap-shear test after strengthening. The PIV technique was exploited to derive the deformation of all the tested specimens in the corresponding digital images. The results were shown that bond resistance in EBROG joints increased by up to 141% relative to that of the EBR joints. For constant groove dimensions, the ultimate load increased with decreasing groove spacing; e.g., for transverse grooves of 2.5×2.5 mm, an increase of about 75% was observed when the groove spacing decreased from 80 to 12 mm. Although groove direction was found to have no significant effect on bond resistance in most groove classes, they had the different stress transfer mechanism. The results show that longitudinal grooves can transfer the stress to profound parts of concrete; however, the transverse grooves propagate the stress along the concrete's surface. In 2.5 and 5 mm grooves, the longitudinal and transverse grooves had approximately similar performance because the height of grooves is small, so the longitudinal grooves cannot penetrate shear stress to profound parts of the concrete. However, because of appropriate dimension of 10 mm grooves, longitudinal grooves can transfer the stress to profound parts of concrete, and transverse grooves can propagate the stress along the concrete's surface. In current study, deonding in concrete were demonstrated in all specimens. In EBROG joints, concrete crushing and cracks in concrete might appear with decreasing groove spacing. Moreover, PIV results reveals that EBROG joints can increase effective bond length up to 250.77%. results show that in Classes LG 2.5×2.5, TG 2.5×2.5, LG 5×5, and TG 5×5 mm, with decreasing the distance of grooves the effective bond length and bond resistance increased. However, in Classes LG 10×10 mm, decreasing the distance of grooves caused to increase the bond strength and decrease the effective bond length. Furthermore, bond-slip curves in EBROG joints exhibited that fracture energies increased by around 5.18 times compared to EBR joints. Comparison of experimental and models shows that these models are not appropriate for predicting bond strength and effective bond length. Keywords: FRP composites, single lap-shear test, externally bonded reinforcement (EBR), grooving method (EBROG), particle
در سالهای اخیر استفاده از کامپوزیت FRP به علت وزن کم، مقاومت کششی بالا و مقاومت در برابر خوردگی به عنوان روشی مؤثر در تقویت سازههای بتن آرمه شناخته شده است. مقاوم سازی سازههای بتن آرمه با تکنیک نصب خارجی (EBR) بر خلاف مزایای زیاد مانند سهولت و سرعت بالای اجرا، محدودیتهایی نیز دارد که مهمترین آنها جدا شدگی زود رس ورق تقویتی از سطح بتن میباشد. در سالهای اخیر روش شیار زنی به عنوان روشی مؤثر در به تأخیر انداختن یا حذف کامل پدیدهی جدا شدگی در دانشگاه صنعتی اصفهان ارائه شده است. در تحقیقات پیشین تعداد، فاصله و راستای شیار ثابت بود و فقط پارامترهای عمق و عرض شیار مورد بررسی قرار گرفت. هدف اصلی در تحقیق حاضر بررسی پارامترهای عمق، عرض، فاصله و راستای شیار، و در نتیجه ارائهی گروه شیار برای اولین بار میباشد. در تحقیق حاضر 24 گروه شیار تعریف شد. بنا بر این 48 نمونه با استفاده از روش شیار زنی (EBROG) و2 نمونه با استفاده از روش EBR و با استفاده از کامپوزیت CFRP تقویت شدند. به این منظور 36 نمونهی بتنی با ابعاد 350×150×150 میلی متر ساخته شد؛ به گونهای که سه سطح از هر نمونه قابل استفاده بود. پس از آماده سازی، کلیهی نمونهها تا لحظهی گسیختگی تحت آزمایش برش مستقیم قرار گرفتند. به منظور بررسی میدان جا به جایی در سطح نمونه از روش سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV) استفاده شد. نتایج حاصل از آزمایش برش مستقیم نشان داد که روش شیار زنی مقاومت اتصال را تا حدود 14/141 درصد افزایش میدهد. از طرفی کاهش فاصلهی شیار سبب افزایش مقاومت اتصال شد؛ به گونهای که در شیارهای عرضی به بعد 5/2 میلی متر با کاهش فاصلهی شیار از 80 به 12 میلی متر، مقاومت اتصال تا حدود 75 درصد افزایش یافت. نتایج نشان داد که در هر گروه شیار، شیارهای طولی و عرضی از نظر مقاومت اتصال عملکرد تقریباً یکسانی داشتند؛ اما از نظر مکانیزم انتقال تنش متفاوت بودند. به گونهای که شیارهای طولی سبب انتقال تنش به عمق بتن، و شیارهای عرضی سبب گسترش تنش در سطح بتن شدند. در نمونههای تقویت شده با شیار به بعد 5/2 و 5 میلی متر به علت کوچک بودن عمق شیار، شیار توانایی انتقال مناسب تنش به عمق بتن را ندارد. بنا بر این در شیار به بعد 5/2 و 5 میلی متر، عملکرد شیارهای طولی و عرضی تقریباً یکسان به نظر میرسد. این در حالی است که در شیار به بعد 10 میلی متر به علت ابعاد مناسب شیار، شیار طولی در عمق بتن و شیار عرضی در سطح بتن اثر گذار هستند. در تحقیق حاضر در تمام نمونهها جدا شدگی زود رس ورق تقویتی مشاهده شد. در روش شیار زنی با کاهش فاصلهی شیار، جدا شدگی زود رس ورق تقویتی با خرد شدگی یا ترک عمیق در سطح بتن همراه بود. هم چنین بررسی نتایج حاصل از تکنیک PIV نشان داد که روش شیار زنی سبب افزایش طول مهار مؤثر تا حدود 77/250 درصد میشود. نتایج نشان داد که در نمونههای تقویت شده با شیارهای طولی و عرضی به بعد 5/2 و 5 میلی متر، و شیارهای عرضی به بعد 10 میلی متر با کاهش فاصلهی شیار مقاومت اتصال و طول مهار مؤثر افزایش مییابد. این در حالی است که در نمونههای تقویت شده با شیارهای طولی به بعد 10 میلی متر، با کاهش فاصلهی شیار مقاومت اتصال افزایش و طول مهار مؤثر کاهش مییابد. در ادامه بررسی نمودارهای تنش برشی- لغزش نشان داد که انرژی شکست در روش شیار زنی تا حدود 18/5 برابر روش نصب خارجی افزایش مییابد. مقایسهی نتایج آزمایشگاهی و مدلها حاکی از نامناسب بودن مدلهای چن و تنگ، آیین نامهی اروپا و آیین نامهی ایتالیا در پیش بینی مقاومت اتصال و طول مهار مؤثر در نمونههای تقویت شده با روش نصب خارجی میباشد. از طرفی مدل ارائه شده توسط مقدس و همکاران برای پیش بینی مقاومت اتصال و طول مهار مؤثر در نمونههای تقویت شده با گروه شیارهای متفاوت مناسب نمیباشد. کلمات کلیدی: کامپوزیتهای FRP، آزمایش برش مستقیم، روش نصب خارجی (EBR)، روش شیار زنی (EBROG)، روش سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV)، گروه شیار.