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Seismic repair and strengthening reinforced concrete beam-column joints with multidirectional CFRP laminates

2011-11-29

The main objective of the present project was to give a contribution to the knowledge of the repair and strengthening RC beam-column joints under seismic action using multi-directional laminates of CFRP.

For that purpose the following main tasks were developed:
1 - Development of a multi-directional laminate of CFRP;
2 - Experimental, numerical and analytical characterization of the bond between concrete and multidirectional CFRP laminates;
3 - Experimental investigation of RC beam-column joints strengthened with multidirectional CFRP laminates under monotonic and cyclic loading;
4 - Numerical simulation of RC beam-column joints strengthened with multidirectional CFRP laminates under monotonic and cyclic loading and development of design recommendations.

Project ID: PTDC/ECM/74337/2006

Coordinator: José Manuel de Sena Cruz

Promoting Institution: University of Minho

Financing Institution: Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Budget: €129.500,00

Start date: 01-01-2008

End date: 30-09-2011

Companies/Institution that collaborates in the project:
- INEGI
- S&P Clever Reinforcement Ibérica, Lda.
- Hilti Portugal – Produtos e Serviços Lda.
- SECIL
- TSWATERJET, Lda.
- Casais - Engenharia e Construção, S.A.

 

The main objectives of the present project are the:

1 - Development of a technique to repair and to strength RC beam-column joints with multidirectional CFRP laminates under seismic loading;

2 - Experimental characterization of bond between multidirectional CFRP laminates and the concrete under monotonic and cyclic loading;

3 - Experimental characterization of RC beam-column joints strengthened with multidirectional CFRP laminates under cyclic loading;

4 - Development of numerical models for the simulation of bond multidirectional CFRP laminates and the concrete under monotonic and cyclic loading;

5 - Development of numerical models for the simulation of RC beam-column joints strengthened with multidirectional CFRP laminates under cyclic loading;

6 - Development of design recommendations for the application of the repair and strengthening of RC beam-column joints with multidirectional CFRP laminates under seismic loading.

 

 

T1 – Design, production and validation of a multidirectional laminates of CFRP

T2 – Experimental, numerical and analytical characterization of the bond between concrete and multidirectional CFRP laminates

T3 – Experimental investigation of RC beam-column joints strengthened with multidirectional CFRP laminates under monotonic and cyclic loading

T4 – Numerical simulation of RC beam-column joints strengthened with multidirectional CFRP laminates under monotonic and cyclic loading and development of design recommendations

8º Congresso Nacional de Mecânica Experimental

Reabilitar 2010 – Conservação e Reabilitação de Estruturas

7th Internacional Conferente on Structural Analysis of Historic Constructions

CIMAD11 – 1º Congresso Ibero-LatinoAmericano da Madeira na Construção

CDCC’2011 – Fourth International Conference on Durability & Sustainability of Fibre Reinforced Polymer (FRP) Composite for Construction & Rehabilitation

International Conference on Advances in Construction Materials Through Science and Engineering and RILEM Week 2011

Seminar
O presente projeto esteve na génese da organização da organização do Seminário intitulado 1º Seminário sobre o Projeto de Reforço de Estruturas de Betão com FRP’s (SPREB-FRP 2011). O SPREB-FRP 2011 que decorreu nas instalações da Escola de Engenharia da Universidade do Minho, Guimarães, a 16 de setembro de 2011, tendo juntado mais 40 participantes do norte e centro do país, ligados aos setores da Construção, Indústria, Investigação, e Docência. O SPREB-FRP 2011 (http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/SPREB-FRP2011.pdf) acabou por constituir um fórum de divulgação do correto dimensionamento e aplicação dos FRP’s, bem como dos principais resultados obtidos no presente projeto de investigação.

Books
1. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Dias, S. (2011) “1º Seminário sobre o projeto de reforço de estruturas de betão com FRP’s.” Departamento de Engenharia Civil, Escola de Engenharia, Universidade do Minho, ISBN 978-972-8692-62-9.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/BC01_SPREB-FRP2011.pdf

Theses
2. Coelho, M.R.F. (2010) “Comportamento da ligação de laminados multi-direccionais colados e ancorados ao betão.” Dissertação de Mestrado no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Civil, Universidade do Minho, 125 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/MSc01_MárioCoelho.pdf


3. Silva, L.F.T. (2010) “Eficiência de diferentes técnicas no reforço à flexão de vigas submetidas a acções monotónicas e de fadiga.” Dissertação de Mestrado no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Civil, Universidade do Minho, 128 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/MSc02_LuisSilva.pdf


4. Jorge, M.A.P. (2010) “Experimental behavior of glulam-FRP systems.” Dissertação de Mestrado no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Civil, Universidade do Minho, 128 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/MSc03_MarcoJorge.pdf


5. Varma, R.V. “Modelling the cyclic behaviour of FRP strengthened RC structures.” Tese de Doutoramento, Programa Doutoral em Engenharia Civil (em fase de conclusão).

International Journal Papers
6. Varma, R.K.; Barros, J.A.O.; Sena-Cruz, J.M. (2009) “Numerical model for CFRP-based confined concrete elements subjected to monotonic and cyclic loadings.” Journal of Composites – Part B, 40, 766–775.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IJ01_Composites_Part_B.pdf


7. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Coelho, M. (2010) “Bond between concrete and multi-directional CFRP laminates.” Advanced Materials Research, Vols. 133-134, 917-922.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IJ02_Advanced_Materials_Research.pdf


8. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Coelho, M.R.; Silva, L. (2011) “Efficiency of different techniques in flexural strengthening of RC beams under monotonic and fatigue loading.” Construction & Building Materials, 29, 175–182.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IJ03_Construction_and_Building_Materials.pdf


9. Sena-Cruz, J.M.; Branco, J.; Jorge, M.; Barros, J.A.O.; Silva, C.; Cunha, V.M.C.F. (2011) “Bond behavior between glulam and GFRP's by pullout tests.” Composites Part B: Engineering. (DOI:10.1016/j.compositesb.2011.10.022)
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IJ04_Composites_Part_B.pdf


10. Coelho, M.; Fernandes, P.; Melo, J.; Sena-Cruz, J.M.; Varum, H.; Barros, J.; Costa, A. (2011) “Seismic retrofit of RC beam-column joints using the MF-EBR strengthening technique.” Advanced Materials Research. (Aceite para publicação)
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IJ05_Advanced_Materials_Research.pdf


11. Coelho, M.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J. (2011) “Bond behavior between concrete and multi-directional CFRP laminates using the MF-EBR strengthening technique.” Advanced Materials Research. (Aceite para publicação)
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IJ06_Advanced_Materials_Research.pdf


12. Coelho, M.; Fernandes, P.; Melo, J.; Sena-Cruz, J.M.; Varum, H.; Barros, J.; Costa, A. (2011) “A new proposal for seismic retrofit of RC beam-column joints using multidirectional CFRP laminates.” Structural Composites. (Em fase final de preparação)
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IJ07_Structural_Composites.pdf

National Journal Papers
13. Coelho, M.; Silva, L.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J. (2011) “Estudo comparativo de diferentes técnicas no reforço à flexão de vigas de betão armado com recurso a CFRP’s sob acções monotónicas e de fadiga.” Revista Portuguesa de Engenharia de Estruturas. (Aceite para publicação).
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/NJ01_RPEE.pdf


14. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.; Coelho, M.; Fernandes, P. (2011) “Laminados multi-direccionais de CFRP para aplicações em engenharia civil.” Revista da Associação Portuguesa de Análise Experimental de Tensões. (Submetido)
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/NJ02_APAET2011.pdf

International Conferences
15. Jorge, M.; Sena-Cruz, J.M.; Branco, J.; Barros, J.A.O.; Dalfré, G. (2011) “Bond behavior between glulam and GFRP’s using pullout bending tests.” CIMAD11, 7 a 9 de Junho, Coimbra, Artigo no. S20-T4-5, 10 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IC01_CIMAD11.pdf


16. Jorge, M.; Sena-Cruz, J.M.; Branco, J.; Barros, J.A.O.; Dalfré, G. (2011) “Bond behavior between glulam and GFRP’s using pullout direct tests.” CIMAD11, 7 a 9 de Junho, Coimbra, Artigo no. S20-T4-4, 10 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IC02_CIMAD11.pdf


17. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Coelho, M.R.F.; Silva, L. (2011) “Efficiency of different FRP-based flexural strengthening techniques in beams submitted to fatigue loading.” CDCC’ 2011 - Fourth International Conference on Durability & Sustainability of Fibre Reinforced Polymer (FRP) Composites for Construction and Rehabilitation, 20 a 22 de Julho, Québec, Canada, 253-261.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IC03_CDCC2011.pdf


18. Jorge, M.; Branco, J.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Dalfré, G. (2011) “Response of FRP-glulam slab systems under five-point bending load.” International Conference on Advances in Construction Materials Through Science and Engineering and RILEM Week 2011, 5 a 7 de Setembro, Hong Kong, China, 8 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IC04_RILEM2011.pdf


19. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Silva, L.; Coelho, M. (2011) “Experimental and numerical study of distinct techniques to strengthen beams failing in bending under monotonic loading.” International Conference on Advances in Construction Materials Through Science and Engineering and RILEM Week 2011, 5 a 7 de Setembro, Hong Kong, China, 8 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IC05_RILEM2011.pdf


20. Coelho, M.; Fernandes, P.; Melo, J.; Sena-Cruz, J.; Varum, H.; Barros, J.; Costa, A. (2012) “Seismic strengthening of beam-column joints with multidirectional CFRP laminates” 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering, 13 a 15 de Junho, Roma, 8 pp. (submetido)
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IC06_CICE2012.pdf


21. Coelho, M.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.; Barros, J. (2012) “Bond between multidirectional laminates of CFRP and concrete” 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering, 13 a 15 de Junho, Roma, 8 pp. (submetido)
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/IC07_CICE2012.pdf

Nacional Conferences
22. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Coelho, M.R. (2010) “Comportamento de laminados multi-direccionais de CFRP para a aplicações em engenharia civil.” 8º Congresso Nacional de Mecânica Experimental, Universidade do Minho, 21 a 23 de Abril, Guimarães, 10 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/NC01_8CMNE.pdf


23. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Coelho, M.R. (2010) “Comportamento da ligação entre laminados multi-direccionais de CFRP e o betão.” 8º Congresso Nacional de Mecânica Experimental, Universidade do Minho, 21 a 23 de Abril, Guimarães, 8 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/NC02_8CMNE.pdf


24. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Coelho, M. (2010) “Estudo da ligação entre laminados multi-direccionais e o betão.” Reabilitar 2010 – Conservação e Reabilitação de Estruturas, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, 23 a 25 de Junho, Lisboa, 10 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/NC03_Reabiltar2010.pdf


25. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Silva, L.; Coelho, M. (2010) “Eficiência de diferentes técnicas de reforço à flexão de vigas de betão armado.” BE2010 – Betão Estrutural 2010, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, 10 a 12 de Novembro, Lisboa, 10 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/NC04_BE2010.pdf

Reports
26. Carvalho, J.D.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Matos, B. (2008) “Caracterização geométrica e mecânica de laminados multidireccionais.” Relatório no. 08-DEC/E-33, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 45 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/TR01.pdf


27. Matos, B.; Carvalho, J.D.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O. (2008) “Caracterização geométrica e mecânica de laminados multi-direccionais produzidos pelo PIEP.” Relatório no. 08-DEC/E-50, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 10 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/TR02.pdf


28. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O.; Carvalho, J.; Coelho, M. (2009) “Caracterização geométrica e mecânica de laminados multi-direccionais produzidos pelo INEGI.” Relatório no. 09-DEC/E-28, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 43 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/TR03.pdf


29. Coelho, M.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O. (2011) “Determinação da resistência ao esmagamento de laminados multidirecionais de CFRP por via experimental”, Relatório no. 11-DEC/E-29, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, ?? pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/TR04.pdf


30. Coelho, M.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O. (2011) “Comportamento da ligação entre laminados multi-direccionais de CFRP e o betão”, Relatório no. 11-DEC/E-15, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 74 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/TR05.pdf


31. Coelho, M.; Fernandes, P.; Melo, J.; Sena-Cruz, J.M.; Varum, H.; Barros, J.A.O.; Costa, A. (2011) “Seismic strengthening of beam-column joints with multi-directional CFRP laminates”, Relatório no. 11-DEC/E-13, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 49 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/TR06.pdf


32. Coelho, M.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O. (2011) “Reforço sísmico de nós de pórtico em betão armado com laminados multidirecionais de CFRP”, Relatório no. 11-DEC/E-32, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 74 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/TR07.pdf


33. Coelho, M.; Fernandes, P.; Varma, R.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.A.O. (2011) “Simulações numéricas de estruturas de betão armado reforçadas com laminados multidirecionais de CFRP”, Relatório no. 11-DEC/E-34, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 40 pp.
http://civil.uminho.pt/composites/PTDC-ECM-74337-2006/TR08.pdf

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