Numerical analysis of the anchoring with U-jackets of FRP flexural strengthened beams

Abstract

A aplicação externa de tiras de FRP (Polímeros Reforçados com Fibra) é uma das melhores opções para o fortalecimento de flexão de vigas de concreto armado, por várias razões, como redução do nível de intrusão e facilidade de instalação. No entanto, do ponto de vista da resistência dos materiais, este tipo de reforço de vigas de concreto armado apresenta duas dificuldades principais associadas a: (i) a cobertura de concreto sem reforço para resistir ao estresse de tensão introduzido pelos laminados de FRP e (ii) o alto risco de descolagem, nomeadamente na proximidade de fissuras na cobertura de betão. A aplicação de ancoragens nessas tiras de FRP pode não apenas aumentar a deformabilidade, a ductilidade e a resistência dos membros, mas também adiar a falha de descolagem do FRP. Considerando o fato de que as vantagens das soluções de ancoragem da armadura de flexão externa FRP são amplamente aceitas entre os pesquisadores, é necessário buscar investigações adicionais para estabelecer fórmulas de projeto confiáveis. Um dos tipos mais antigos de sistemas de ancoragem de FRP são ancoragens metálicas. Devido à sua rigidez e à capacidade de as agulhas mecânicas resistirem eficientemente às forças de tração e cisalhamento, elas podem fornecer um aumento significativo na resistência da ancoragem. No entanto, a perfuração de tubos roscados ou âncoras para expansão em concreto pode causar danos à estrutura existente e é um trabalho demorado. Além disso, há preocupações sobre o custo desta opção e sua durabilidade a longo prazo. Jaquetas U FRP coladas externamente é uma opção viável devido à sua resistência à corrosão e facilidade de instalação. Além disso, os coletes U FRP também possuem uma força de ancoragem consideravelmente mais alta do que outros dispositivos de ancoragem não metálicos. O objetivo desta dissertação é analisar a eficácia do FRP U-jackets como dispositivo de ancoragem pelo método dos elementos finitos e estabelecer um procedimento seguro de ancoragem.

The external application of FRP (Fiber Reinforced Polymer) strips is one of the best options for the flexural strengthening of reinforced concrete beams, for several reasons such as reduced intrusion level and ease of installation. However, from the strength of materials point of view, this type of reinforcement of reinforced concrete beams has two main difficulties associated to (i) the concrete cover lacking bracing to resist the tension stress introduced by the FRP laminates and (ii) the high risk of debonding, namely in the vicinity of cracks in the concrete cover. The application of anchorages to those FRP strips can not only boost members’ deformability, ductility, and strength, but also postpone FRP debonding failure. Considering the fact that the advantages of anchorage solutions of the FRP exterior flexural reinforcement are widely accepted among researchers, it is necessary to pursue further investigation to establish reliable design formulae.One of the oldest types of FRP anchorage systems is metallic anchorages. Due to their rigidity and the capacity of mechanical fasters to efficiently withstand tensile and shear forces, they can provide a significant enhancement in anchorage strength. However, the drilling of threaded tubes or anchors for expansion into concrete might cause damage to the existing structure and is a time-consuming job. In addition, there are concerns on the cost of this option and its long-term durability.Externally bonded FRP U-jackets is a feasible option due to its corrosion resistance and ease of installation. Furthermore, FRP U-jackets also have a considerably higher anchorage strength than other non-metallic anchor devices. The objective of this dissertation is analysing the effectiveness of FRP U-jackets as an anchoring device by the finite element method and establishing a safe anchoring procedure.