A Numerical Study of the Flexural Behavior of Concrete Beams Reinforced with AFRP Bars

Abstract

In this study, analytical and numerical investigations were extensively conducted to evaluate the flexural behavior of concrete beams reinforced with aramid fiber-reinforced polymer (AFRP) rebars. The AFRP-reinforced concrete beams were analyzed using the separated finite element method containing different elements for concrete and reinforcement. In addition, this study used two different effective moment of inertia expressions to estimate the load-deflection responses and the service-load deflections of the beams. The service-load deflections of the AFRP-reinforced concrete beams obtained from the finite element analysis were in close agreement with those from the effective moment of inertia expressions. The numerical ultimate moments also correlated well with the analytical values of concrete stress-strain models. Numerical analyses, which hardly predict the sudden reduction in the flexural rigidity of FRPreinforced concrete beams due to the crushing of cover concrete, were shown to provide somewhat conservative deflection estimates.

Представлены результаты аналитических и численных исследований, целью которых является определение изгибных характеристик железобетонных балок, упрочненных полимерными стержнями из армированных волокон. С помощью специального метода конечных элементов, включающего различные элементы для процессов бетонирования и армирования, провели анализ железобетонных балок, армированных полимерными стержнями. Для оценки характеристик прогиба под действием нагрузки и прогиба балки под действием рабочей нагрузки использовали два различных уравнения эффективного момента инерции. Значения прогиба железобетонных балок с полимерными стержнями под действием рабочей нагрузки, полученные конечноэлементным методом, хорошо сопоставляются со значениями из уравнений момента инерции. Численные значения разрушающего момента также хорошо согласуются с аналитическими значениями, полученными в результате применения модели зависимости деформации от напряжения для бетона. Для консервативной оценки прогиба представлены результаты численного анализа, которые почти не спрогнозировали внезапное уменьшение показателя жесткости при изгибе железобетонных балок с полимерными стержнями вследствие разрушения защитного слоя бетона.

Представлено результати аналітичних і чисельних досліджень, метою яких є визначення згинальних характеристик залізобетонних балок, зміцнених полімерними стрижнями з армованих волокон. За допомогою спеціального методу скінченних елементів, що включає різні елементи для процесів бетонування й армування, проаналізовано залізобетонні балки, армовані полімерними стрижнямі. Для оцінки характеристик прогину під дією навантаження і прогину балки під дією робочого навантаження використовували два різних рівняння ефективного моменту інерції. Значення прогину залізобетонних балок із полімерними стрижнями під дією робочого навантаження, отримані скінченно-елементним методом, добре зіставляються зі значеннями з рівнянь моменту інерції. Числові значення руйнівного моменту також добре узгоджуються з аналітичними значеннями, отриманими по моделі залежності деформації від напруження для бетону. Для консервативної оцінки прогину представлено дані чисельного аналізу, які майже не спрогнозували раптове зменшення показника жорсткості при згині залізобетонних балок із полімерними стрижнями внаслідок руйнування захисного шару бетону.