Performance of reinforced concrete elements strengthened with carbon fiber CFRP at elevated temperatures

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The importance of the research topic is established by the problems that occur in structural buildings when exposed to fire accidents, where the concrete loses much part of its mechanical properties and therefore becomes out of service. Because reconstruction of damaged buildings has a high financial cost, it is necessary to focus on the restoration of damaged concrete members with performant techniques and proven efficiency in terms of increasing the strength of concrete and its resistance to high temperatures. The authors conduct a numerical investigation on the use of carbon fiber-reinforced polymer sheeting CFRP to restore various structural concrete elements such as beams, columns, and slabs damaged in fire accidents for two types of normal and high-strength concrete, in addition to studying the behavior of concrete after strengthening it with CFRP sheets. The results by showed that load capacity, stiffness index, and absorption energy index have been improved

About the authors

Hadeal H. Alzamili

RUDN University

Email: HadealHakim8@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8109-3381

PhD student, Department of Civil Engineering, Academy of Engineering

Moscow, Russian Federation

Asser M. Elsheikh

RUDN University; Mansoura University

Author for correspondence.
Email: elsheykh_am@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0002-1212-2924

Assistant professor, Department of Civil Engineering, Academy of Engineering, RUDN University; Assistant professor, Department of Civil Engineering, Mansoura University

Moscow, Russian Federation; Mansoura, Egypt

References

  1. Miliozzi A., Chieruzzi M., Torre L. Experimental investigation of a cementitious heat storage medium incorporating a solar salt/diatomite composite phase change material. Applied Energy. 2019;250:1023-1035. http://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.05.090
  2. Ni S., Gernay T. Predicting residual deformations in a reinforced concrete building structure after a fire event. Engineering Structures. 2020;202:109853. http://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.109853
  3. Sharma N.K., Kumar P., Kumar S., Thomas B.S., Gupta R.C. Properties of concrete containing polished granite waste as partial substitution of coarse aggregate. Construction and Building Materials. 2017;151:158-163. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.081
  4. Kodur V. Properties of concrete at elevated temperatures. ISRN Civil Engineering. 2014(2):1-15. http://doi.org/10.1155/2014/468510
  5. Yonggui W., Shuaipeng L., Hughes P., Yuhui F. Mechanical properties and microstructure of basalt fibre and nano-silica reinforced recycled concrete after exposure to elevated temperatures. Construction and Building Materials. 2020;247(7): 118561. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118561
  6. Xie J., Zhang Z., Lu Z., Sun M. Coupling effects of silica fume and steel-fiber on the compressive behaviour of recycled aggregate concrete after exposure to elevated temperature. Construction and Building Materials. 2018;184:752-764. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.07.035
  7. Khaliq W., Waheed F. Mechanical response and spalling sensitivity of air entrained high-strength concrete at elevated temperatures. Construction and Building Materials. 2017;150:747-757. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017. 06.039
  8. Chen G.M., He Y.H., Yang H., Chen J.F., Guo Y.C. Compressive behavior of steel fiber reinforced recycled aggregate concrete after exposure to elevated temperatures. Construction and Building Materials. 2014;71:1-15. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.08.012
  9. Eidan J., Rasoolan I., Rezaeian A., Poorveis D. Residual mechanical properties of polypropylene fiber-reinforced concrete after heating. Construction and Building Materials. 2019;198:195-206. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2018.11.209
  10. Lau A., Anson M. Effect of high temperatures on high performance steel fibre reinforced concrete. Cement and concrete research. 2006;36(9):1698-1707. http://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.03.024
  11. Moghadam M.A., Izadifard R.A. Effects of steel and glass fibers on mechanical and durability properties of concrete exposed to high temperatures. Fire Safety Journal. 2020;113(7):102978. http://doi.org/10.1016/j.firesaf.2020. 102978
  12. Naqi A.W., Al-zuhairi A.H. Nonlinear Finite Element Analysis of RCMD Beams with Large Circular Opening Strengthened with CFRP Material. Journal of Engineering. 2020;26(11):170-183. http://doi.org/10.31026/j.eng.2020.11.11
  13. Banerji S., Kodur V. Effect of temperature on mechanical properties of ultra-high performance concrete. Fire and Materials. 2022;46(1):287-301. http://doi.org/10.1002/fam.2979
  14. Abadel A.A., Alharbi Y.R. Confinement effectiveness of CFRP strengthened ultra-high performance concrete cylinders exposed to elevated temperatures. Materials Science-Poland. 2021;39(4):478-490. http://doi.org/10.2478/ msp-2021-0040
  15. Mazzotti C., Bilotta A., Carloni C., Ceroni F., D’Antino T., Nigro E., Pellegrino C. Bond between EBR FRP and concrete. Design Procedures for the Use of Composites in Strengthening of Reinforced Concrete Structures: 2016; State-ofthe-Art Report of the RILEM Technical Committee 234-DUC. Springer Publ.; 2016:39-96. http://doi.org/10.1007/978-94017-7336-2_3
  16. Ashteyat A.M., Obaidat Y.T., Al-Btoush A.Y., Hanandeh S. Experimental and numerical study of strengthening and repairing heat-damaged RC circular column using hybrid system of CFRP. Case Studies in Construction Materials. 2021;15(6):e00742. http://doi.org/10.1016/j.cscm.2021.e00742
  17. Shehata I.A., Carneiro L.A., Shehata L.C. Strength of short concrete columns confined with CFRP sheets. Materials and structures. 2002;35:50-58. http://doi.org/10.1617/13686
  18. Mhanna H.H., Hawileh R.A., Abdalla J.A. Shear strengthening of reinforced concrete beams using CFRP wraps. Procedia Structural Integrity, 2019;17:214-221. http://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.08.029
  19. Elsheikh A., Alzamili H.H. Post Fire Behavior of Structural Reinforced Concrete Member (Slab) Repairing with Various Materials. Civil Engineering Journal. 2023;9(8):2012-2031. http://doi.org/10.28991/CEJ-2023-09-08-013
  20. Hashin Z. Failure criteria for unidirectional fiber composites. Journal of Applied Mechanics. 1980;47(2):329-334. https://doi.org/10.1115/1.3153664
  21. Hashin Z., Rotem A. A fatigue failure criterion for fiber reinforced materials. Journal of Composite Materials. 1973;7(4):448-64. http://doi.org/10.1177/002199837300700404
  22. Hochard C., Aubourg P.A., Charles J.P. Modelling of the mechanical behaviour of woven-fabric CFRP laminates up to failure. Composites science and technology. 2001;61(2):221-230.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».