Behavior prediction of reinforced concrete beams shear strengthened with CFRP

Abstract

This work presents the computational modeling of reinforced concrete beams, strengthened to shear with carbon fiber-reinforced polymers (CFRP), using the finite element method (FEM) and the customized ANSYS software, version 19.2. It is important to emphasize that contact elements and bilinear cohesive zone models provided by ANSYS were used to model the concrete-reinforcement interface. These models were used to identify the modes of premature failure caused by the debonding of the reinforcement, which causes poor use of the CFRP's resistance properties. The structural elements used in this analysis were twelve simply supported reinforced concrete beams, without and with shear reinforcement using CFRP, which were experimentally tested by Khalifa (1999). From the analysis of the results, it was observed that the developed numerical models were able to accurately predict the behavior of the simulated beams, both in terms of load-displacement, as well as the load and rupture mode of the beams.

Este trabalho apresenta a modelagem computacional de vigas de concreto armado, reforçadas ao cisalhamento com polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC), através do método dos elementos finitos (MEF) e com a utilização do software ANSYS customizado, versão 19.2. É importante ressaltar que foram utilizados elementos de contato e modelos de zona coesiva bilineares disponibilizados pelo ANSYS para modelagem da interface concreto-reforço. Estes modelos foram utilizados a fim de identificar os modos de ruptura prematura ocasionados pelo descolamento do reforço, o que ocasiona o baixo aproveitamento das propriedades de resistência do PRFC. Os elementos estruturais utilizados nesta análise foram doze vigas de concreto armado biapoiadas, sem e com reforço ao esforço cortante com PRFC, as quais foram ensaiadas experimentalmente por Khalifa (1999). A partir da análise dos resultados, foi possível constatar que os modelos numéricos desenvolvidos conseguiram prever com boa precisão o comportamento das vigas simuladas, tanto em termos de carga-deslocamento, quanto a carga e o modo de ruptura das vigas.

Este trabajo presenta el modelado computacional de vigas de hormigón armado, reforzadas a cortante con polímeros reforzados con fibra de carbono (PRFC), utilizando el método de elementos finitos (FEM) y utilizando el software ANSYS personalizado, versión 19.2. Es importante resaltar que para modelar la interfaz hormigón-refuerzo se utilizaron elementos de contacto y modelos de zonas cohesivas bilineales disponibles por ANSYS. Estos modelos se utilizaron con el fin de identificar los modos de ruptura prematura provocados por el desprendimiento del refuerzo, lo que provoca un mal aprovechamiento de las propiedades de resistencia del PRFC. Los elementos estructurales utilizados en este análisis fueron doce vigas de hormigón armado biapoyadas, sin y con refuerzo a cortante con PRFC, las cuales fueron ensayadas experimentalmente por Khalifa (1999). Del análisis de los resultados se pudo comprobar que los modelos numéricos desarrollados fueron capaces de predecir con buena precisión el comportamiento de las vigas simuladas, tanto en términos de carga-desplazamiento, como de la carga y modo de falla de las vigas.