Published since 1923
DOI: 10.33622/0869-7019
Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science
  • STRUCTURAL MECHANICS
  • Stress-Strain Model For Concrete Confined By a Discrete Frp-Jackets
  • UDC 624.012.45 DOI: 10.33622/0869-7019.2020.08.43-53
    Ashot G. TAMRAZYAN, e-mail: tamrazyanAG@mgsu.ru
    Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), Yaroslavskoe shosse, 26, Moscow 129337, Russian Federation
    Vladimir I. CHERNIK, e-mail: chernik_vi@mail.ru
    Yaroslavl State Technical University, Moskovskij prospekt, 88, Yaroslavl 150023, Russian Federation
    Abstract. The paper is devoted to the development of concrete deformation diagram confined by a FRP-jacket, which has gaps in height. The general view of the stress-strain relations for a solid and discrete FRP-jacket is analyzed. The basis is a well-known model that determines the relationship between stresses and deformations for the case of a continuous cage. The law of variation of the compression efficiency coefficient along the height of the element is obtained. A simplification of the obtained dependence is proposed on the basis of processing the results of numerical integration. The complex law of changing the confinement effectiveness coefficient has been replaced with the corresponding integral coefficient by bringing the composite strut to the strut of material equivalent in stiffness. A universal technique for constructing a diagram of the deformation of concrete confined by a discrete FRP-jacket is considered. The results obtained by the proposed model are compared with the field experiments data, as well as with existing models. Based on statistical processing, it is found that the proposed model has greater accuracy compared to its analogues. The proposed model makes it possible to take into account both the real stiffness of the element and the factual destruction of the least compacted section. Recommendations on possible improving the accuracy of the proposed model are made.
    Key words: strengthening of reinforced concrete structures, strengthening of columns, deformation diagram, FRP-jacket, confined concrete, confinement reinforcement, composite materials.
  • REFERENCES
    1. Mander J. B., Priestley J. N., Park R. Theoretical stress-strain model for confined concrete [Теоретическая модель зависимости между напряжениями и деформациями для ограниченного бетона]. Engineering Structures, 1989, no. 116, pp. 1804-1825.
    2. Saatcioglu M., Razvi S. R. Strength and ductility of confined concrete [Прочность и пластичность ограниченного бетона]. Journal of Structural Engineering, 1992, no. 118(6), pp. 1590-1607. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1992)118:6(1590).
    3. Tamrazyan A. G. Use of properties of confined concrete in the analysis of strengthen reinforced concrete columns. Izvestiya vuzov. Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti, 2018, no. 5, pp. 197-202. (In Russian).
    4. Tamrazyan A. G., Manaenkov I. K. On calculation of concrete flexural elements with indirect reinforcement of a compressed zone. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitel'stvo, 2016, no. 7, pp. 41-44. (In Russian).
    5. Krishan A. L., Zaikin A. I., Mel'nichuk A. S. Strength calculation of tube confined concrete columns. Stroitel'naya mekhanika inzhenernykh konstruktsiy i sooruzheniy, 2010, no. 1, pp. 20-25. (In Russian).
    6. Campione G., Cavaleri L., Ferrotto M. F., Macaluso G., Papia M. Efficiency of stress-strain models of confined concrete with and without steel jacketing to reproduce experimental results [Эффективность зависимостей между напряжениями и деформациями бетона, заключенного и незаключенного в металлическую обойму, в сопоставлении с результатами экспериментов]. The Open Construction and Building Technology Journal, 2016, no. 1(10), pp. 65-86. DOI: 10.2174/1874836801610010065.
    7. Hardjasaputra H., Tirtawijaya J., Gino P. Ng., Ayuningtias S. Ultimate compressive strength and its deformation of normal and high strength concrete cylinder confined with external lateral pre-stressing [Предельная прочность и деформативность в обычном и высокопрочном сжатом бетонном цилиндре, ограниченном внешним предварительным напряжением]. MATEC Web of Conferences, 2017, no. 138(19), pp. 03003. DOI: 10.1051/matecconf/ 201713803003.
    8. Teng J. G., Jiang T., Lam L., Luo Y. Z. Refinement of a design-oriented stress-strain model for FRP-confined concrete [Уточнение проектно-ориентированной модели зависимости между напряжениями и деформациями для бетона, ограниченного обоймами из композитных материалов]. Journal of Composites for Construction, 2009, no. 13(4), pp. 269-278. DOI: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000012.
    9. Lam L., Teng J. G. Design-oriented stress-strain model for FRP-confined concrete [Проектно-ориентированная модель зависимости между напряжениями и деформациями для бетона, ограниченного обоймами из композитных материалов]. Construction and Building Materials, 2003, no. 17(6-7), pp. 471-489. DOI: 10.1016/S0950-0618(03)00045-X.
    10. Saadatmanesh H., Ehsani M. R., Li M. W. Strength and ductility of concrete columns externally reinforced with fiber composite straps [Прочность и пластичность бетонных колонн, армированных внешними волокнистыми композитными лентами]. ACI Structural Journal, 1994, no. 91(4), pp. 434-447.
    11. Turgay T., Kцksal H. O., Polat Z., Karakoc C. Stress- strain model for concrete confined with CFRP jackets [Зависимость между напряжениями и деформациями для бетона, ограниченного обоймой из углепластика]. Materials and Design, 2009, no. 30, pp. 3243-3251. DOI: 10.1016/j.matdes.2008.11.022.
    12. Samaan M., Mirmiran A., Shahawy M. Model of concrete confined by fiber composites [Модель бетона, ограниченного волокнистыми композитами]. Journal of Structural Engineering, 1998, no. 124(9), pp. 1025-1031. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1998)124:9(1025).
    13. Xiao Y., Wu H. Compressive behavior of concrete confined by carbon fiber composite jackets [Сжатие бетона, ограниченного обоймой из углеродного волокна]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2000, no. 12, pp. 139-146. DOI: 10.1177/0731684403035430.
    14. Sheikh S. A., Uzumeri S. M. Strength and ductility of tied concrete columns [Прочность и пластичность ограниченных бетонных колонн]. Journal of Structural Engineering, 1980, no. 105, pp. 1079-1102.
    15. Tamrazyan A. Reduce the impact of dynamic strength of concrete under fire conditions on bearing capacity of reinforced concrete columns [Влияние уменьшенной динамической прочности бетона в условиях пожара на несущую способность железобетонных колонн]. Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 475-476, pp. 1563-1566.
    16. Tamrazyan A., Avetisyan L. Comparative analysis of analytical and experimental results of the strength of compressed reinforced concrete columns under special combinations of loads [Сравнительный анализ аналитических и экспериментальных значений прочности сжатых железобетонных колонн при особых сочетаниях нагрузок]. MATEC Web of Conferences 5. "5th International scientific conference "Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education, IPICSE 2016". 2016, p. 1029. DOI: 10.1051/matecconf/20168601029.
    17. Chernik V. I., Samarina S. E. Numerical model of a compressed concrete element strengthened by FRP-jackets. Stroitel'stvo i rekonstruktsiya, 2020, no. 1(87), pp. 40-53. DOI: 10.33979/2073-7416-2020-87-1-40-53. (In Russian).
    18. Wang W. Q., Sheikh M. N., Albaali A. Q., Hadi M. N. S. Compressive behaviour of partially FRP-confined concrete: Experimental observations and assessment of the stress-strain models [Работа частично ограниченного композитом бетона при центральном сжатии: экспериментальные наблюдения и оценка моделей зависимости между напряжениями и деформациями]. Construction and Building Materials, 2018, no. 192, pp. 785-797. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.10.105.
    19. Pham T. M., Hadi M. N. S., Youssef J. Optimized FRP wrapping schemes for circular concrete columns under axial compression [Оптимизация схем композитных обойм для круглых бетонных колонн при осевом сжатии]. Journal of Composites for Construction, 2015, no. 19(6), pp. 04015015-1-04015015-10. DOI: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000571.
    20. Barros J., Ferreira D. Assessing the efficiency of CFRP discrete confinement systems for concrete cylinders [Оценка эффективности дискретных обойм из углепластика для бетонных цилиндров]. Journal of Composites for Construction, 2008, no. 12(2), pp. 134-148. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0268(2008)12:2(134).
    21. Eid R., Paultre P. Analytical model for FRP-confined circular reinforced concrete columns [Аналитическая модель для железобетонных колонн круглого сечения, ограниченных углекомпозитом]. Journal of Composites for Construction, 2008, no. 12(5), pp. 541-552. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0268(2008)12:5(541).
    22. Jiang T., Teng J. G. Behavior and design of slender FRP-confined circular RC columns [Работа и проектирование гибких колонн круглого поперечного сечения, ограниченных углекомпозитом]. Journal of Composites for Construction, 2013, no. 17(4), pp. 443-453. DOI: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000333.
    23. Matias J. V. Numerical modelling of circular concrete columns strengthened with hybrid FRP-jackets [Численное моделирование бетонных колонн круглого поперечного сечения, усиленных гибридными композитными обоймами]. Available at: https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/1689244997256103/ExtendedAbstract_Jorge_Matias_final.pdf (accessed 25.05.2020).
    24. Eid R., Dancygier A. N., Paultre P. Elastoplastic confinement model for circular concrete columns [Упруго-пластическая модель для круглых ограниченных бетонных колонн]. Journal of Structural Engineering. ASCE, 2007, no. 133(12), pp. 1821-1831. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2007)133:12(1821).
    25. Wu G., Lь Z. T., Wu Z. S. Strength and ductility of concrete cylinders confined with FRP composites [Прочность и пластичность бетонных цилиндров, ограниченных композитными обоймами]. Construction and Building Materials, 2006, no. 20(3), pp. 134-148. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2005.01.022.
  • For citation: Tamrazyan A. G., Chernik V. I. Stress-Strain Model for Concrete Confined by a Discrete FRP-Jackets. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering], 2020, no. 8, pp. 43-53. (In Russian). DOI: 10.33622/0869-7019.2020.08.43-53.

BACK