土木工程外文翻譯(中英互譯版)-使用加固纖維聚合物增強混凝土梁的延性

使用加固纖維聚合物增強混凝土梁的延性作者：F.Grace,GeorgeAbel-Sayed,Ragheb摘：一種為加強構(gòu)延性的新型單軸柔軟加強質(zhì)地的聚合物(已在被研，開發(fā)和生產(chǎn)(在結(jié)構(gòu)測試的中在勞倫斯技大學)這種織物兩種碳纖維和一種玻璃纖的混合物，而且經(jīng)過設(shè)計它們在受拉屈服時應值較低，從而體現(xiàn)出偽延性性能。通過對八根混凝土梁在彎曲荷載作用下加固和檢測對研制中的織物效果和延性進行了研究。用現(xiàn)在常用的單向碳維薄片、織物和板進行加固相似梁也進行了檢測，以便同用研制中的織物固梁進行性能上的比較。這織物經(jīng)過設(shè)計具有和加固梁中的鋼筋同時屈服潛力，從而和未加固梁一樣它也能得到屈服臺階。相對于那些用現(xiàn)在常用碳纖維加固體系進行加固的，這種研制中的織物加固的梁承受更高的屈服載，并且有更高的延性指標這種研制中的織物對加固機制體現(xiàn)出更大的貢。關(guān)鍵詞混凝土，延性，纖維固，變形1

介紹外貼粘合纖增強聚合物（FRP）片和帶近來已經(jīng)確定是一種對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)行修復和加固的有效手段關(guān)于應用貼粘合FRP板薄片和織物對混凝土進行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能，一些試研究調(diào)查已經(jīng)進行過報告。和（1991）檢測了應用玻璃維增強聚合物板進行變形加固鋼筋混凝土的性能等人1991）檢測了應用，碳纖維增強聚合物CFRP）和G/CFRP進行變形加的鋼筋混凝土梁的性能Grace人（1999）和Triantafillou（）研究了應用CFRP薄片進行變形固的鋼筋混凝土梁的性能Norris和（1997研究了應用向薄片和織物進行加的混凝土梁的性能。在所有的這些研究，加固的梁比未加固的梁承受更高的極限荷載這些梁中大多數(shù)出現(xiàn)的一個陷是梁的延性有很大的損失而通過對梁荷載-撓度性能的測試，可以發(fā)大多數(shù)荷載的增加是在鋼筋屈服后發(fā)生的。也是說，極限荷載明顯提高，而屈服荷載卻沒有太大提高。因此在正常使用平荷載的明顯增加很難實現(xiàn)除去加固前凝土構(gòu)件條件的影響，鋼筋對加固梁的彎曲反有明顯的貢獻。而可惜是，現(xiàn)有的FRP加固材料和鋼材能不同。雖然FRP有很高的強度，但是們多數(shù)在提高足夠的強度之前被拉伸而產(chǎn)生很的應變。因為同大多數(shù)材料的極應變相比鋼材的屈服應變相對較低所以隨著加構(gòu)件的變形，材和加固材料的貢獻發(fā)生了變化。結(jié)，鋼筋可能在加固構(gòu)件取得任可測荷載增加值之前就屈服了。一些研究者在截面布置了更強的FRP，通常會增加加固的成本，而提供可測貢獻，盡管這時變形是限制（在鋼筋服之前是加固材料從混土表面的剝落更多的時候是由于應力集的原因發(fā)生的。剝落是這項加固技術(shù)中不出現(xiàn)一種脆性破壞。盡管使用一類似超高模量碳纖維的特別的低應變纖維看起是一種解決方法，但這可導致由于纖維破壞而產(chǎn)生脆性破壞。本文旨在紹一種新型偽延性FRP物它在屈服應變低從而具與鋼筋同時屈服的力能夠?qū)崿F(xiàn)望中的加固準。2

研究意已經(jīng)被越來越地用做鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修復和加固的材料。但是現(xiàn)在常用的材料缺少性，并且與鋼筋性能不一致。結(jié)果，經(jīng)過加固處理梁會體現(xiàn)出延降低，不能達到期待中的水平，或者二者兼有本項研究介紹了一種新型的延性FRP加固織物。這織物可以使加固梁承受更高的屈服荷載并且有助避免延性的損失而這在使用目常用的FRP進行加固中是常見的。混雜織的研為了克服前所提的缺陷，一種具有低屈服應變值的延性材料是很必要的?；祀s的文獻顧為了研制這材料，考慮了各種不同纖維的混雜。多于一種維材料的混雜是許多材科學研究的興趣所在。他們的工作多數(shù)集中于合兩種纖維以提高每種材料獨工作時的力學特性并且降低成本。這已經(jīng)在本出版物中報道過,例如和（1974（1976和Bader（1981和Kelly（1980及和（1978為一種能夠克服FRP加固棒延性足問題的工具，混雜吸引了結(jié)構(gòu)工程師。

和（1994研究了用編芳香尼龍纖維繞在鋼筋核心的短棒。和報道了關(guān)于用碳和芳香阻尼纖維進組合而成的合纖維棒的試驗調(diào)查。Somboonsong和（1998）研制一種用編織香尼龍纖維纏繞在碳纖核心的混合FRP固棒。Harris，和1998使用這些棒混凝土梁進行加固，以得到用常規(guī)鋼筋進行加的混凝土梁的普通荷載-度特性。設(shè)計思想和料為了產(chǎn)生延，一種使用不同種類纖維的混雜技術(shù)已經(jīng)被采。選用了在破壞時有不延長量級的三種纖維顯示了這些復合纖維拉伸時的應力應變曲線，1示了它們的力學特性。這項技術(shù)是立在將這些纖維結(jié)合起來并控制配合比例的基上的，這樣當它們被拉時共同承受荷載，延伸小LE）的纖維先破，允許一定應變3

松弛（應變加而混合材料的荷載卻并未增加余下的延伸（）的纖維被分配承擔有的荷載直到破壞。延伸小的纖維破壞時的應值體現(xiàn)了混合材料屈服應變，而延伸大的纖維破壞時的應變值體現(xiàn)的是極應變值。延伸小的纖維破壞對應的荷載體現(xiàn)的是屈服荷載值，而延伸大的維承擔的最大荷載體現(xiàn)的是限荷載值。超高模量碳纖維（1號碳）被用做延伸小的纖維，它應有盡可能的應變，但不得小于鋼筋的屈服應變（60鋼筋大約為另一方面，型玻璃纖維被用做延伸大的纖維，應能提供盡能高的應變而產(chǎn)生高延性指破時的變形和服時的變形的比例碳纖２號碳）被選做了延中（ME纖維它使在延伸小纖維破壞后發(fā)生應變松弛時載的降低最化，并且能夠提供從延伸小的纖維向延伸大的維逐漸傳遞荷載的途徑。基這種思想，生產(chǎn)了一種單向織物，并進行了測，將它在拉伸時的性能和理預測的承載性能做了對比。理論上的性能建立混合物規(guī)則上，根據(jù)這種規(guī)，混合物的軸向剛度是將各組成部分的相對剛進行總合計算得到的。這種物的生產(chǎn)過程是，將不同的纖維做為相鄰的紗結(jié)合起來，并將它們用環(huán)氧脂注入模具中。圖２就是一個生產(chǎn)樣品的照片編織而成的玻璃纖維片布置試樣的兩端，以消除測試中固定端的應力集中試樣厚２

mm（0.08in拉伸時根據(jù)國材料實驗協(xié)會Ｄ規(guī)范進行測試個測試樣品平均荷載-應變曲線見圖上面還有理論測的曲線。應該注意到到應變值達到0.35%荷-應變性能都線性的，這時延伸小的纖維開始破在這一點上應變增長的速率高荷載當應變值到，中等延伸的維開始破壞，導致應變有附加的增長，直到由延伸大的纖維破壞帶來試樣徹底破壞可以測試到屈服荷（荷載-應變曲線性能去不再線性的第一0.46kN/mm2.6kips/in極限荷載（梁的測梁的詳細情一共澆筑了根鋼筋混凝土梁，橫截面尺寸為152×6×10in長2744mm（的受彎鋼筋由底部的根號16mm受拉鋼筋和頂部的兩根3號（）的受壓鋼筋成。為防止發(fā)生剪切破壞，使用162mm長的3鋼筋扎成閉合鐙形對梁的抗剪行進一步的固。有根澆筑時角4

部做成半徑（1in）的圓角，從而易于加固材料安置。圖顯示了梁的尺度詳圖和加載點的位置的鋼筋為等級服強度415MPa（加固材料研制中的混織物用于加固8根梁。使用了種不同厚度的織物第一種（H體）厚度（0.04in二種H-體系厚度（他四根梁使現(xiàn)在常用的碳纖維加固材料進行加固）一層單向碳纖薄片，極限荷載0.34kN/mm1.95kips/in2）兩層單向碳纖織物，極限載1.31kN/mm（）一層固體玻璃談碳纖維板，極限荷載為16kips/in這些材料測試得的荷載應變圖見圖5。表2出了包括研中的織物在內(nèi)加固材料的特性。粘結(jié)材料對這種混合物，使用一種環(huán)氧樹脂（環(huán)氧A注入纖維，做為織物和混凝土表面粘結(jié)材料這種環(huán)氧材料極限應為4.4%從而保證不至于在纖維破壞之前壞。對于使用碳纖維薄片、板和織物加固的梁使用的是極限應變?yōu)榈沫h(huán)氧樹脂（環(huán)氧B生產(chǎn)商供的粘結(jié)材料的力特性見表3。加固在梁的底部兩側(cè)噴砂以使其表面粗糙。然后使用丙酮除去物對梁進行清潔。采用種加固構(gòu)造）只在梁底面置加固材料A組）除對梁底部外，在兩側(cè)各伸長（16in概能覆蓋住梁的受彎拉伸部分B組梁加固材料梁長度布置中心，長達2.24m（氧在對梁進行測試前要進兩周的養(yǎng)護。對研制中的混合織物（H-體系）固的梁，制備兩根，并對種構(gòu)造進行測試來證實結(jié)果。表4梁的檢測進行了匯總。儀器跨中的應變通過置在梁底面的三個應變片測量測量A組梁鋼筋拉伸應變是通監(jiān)控在梁的側(cè)面與鋼筋棒平行處測量點設(shè)置的（可拆式機械計量器B組梁使用的是應變。跨中撓度通過使用串行電位計測的。使用液器對梁加載。荷載有一種荷載電池測量。所有傳感器同數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連掃描并記錄讀數(shù)。試驗結(jié)和討5

控制梁控制梁的屈荷載82.3kN（18.5kips限荷載95.7kN（21.5kips由于鋼筋屈服破壞，隨之跨中混凝土受壓破壞?？刂屏旱脑嚱Y(jié)果見加固梁的試驗成果圖（圖至A組梁A組已在底面進行加固。圖6顯示了這些梁的試驗結(jié)果H-50-1梁和梁分別和梁和H-75-2梁各自的結(jié)果非常近因此關(guān)于這些梁的討論集中于后兩者避免重復梁的延性通過算延性指數(shù)考察，即計算破壞與屈服時的撓度之比。圖（）顯示了C-1梁的荷載跨中撓度關(guān)系圖，C-1梁使用碳纖維薄片進行加固。梁荷載為85.9kN（19.3kips）時屈服，荷載為101.9kN（22.9kips）時由于碳纖薄片的開裂而破壞。值得注意的是，從這幅圖看來，雖然有了延性性能，是同控制梁比起來，屈服荷載只提高了4%延性指數(shù)為2.15圖（）顯示了跨荷載-碳纖應變關(guān)系圖。圖（a顯示了C-2梁應的荷載撓度曲線。根梁使用固體玻璃碳纖維板進行加固它沒有屈服臺階（延性指數(shù)為1荷載為132.6kN（時由于板端的受剪-受破壞而突然破壞盡荷載提高了61%但破壞仍是脆性的。圖（b）示了跨中荷載-碳纖維應變關(guān)系。碳纖維破壞時記錄最大應變?yōu)?.33%，這意味板的承載力揮了24%C-3梁的荷載撓度關(guān)系見圖8a梁由兩層碳纖維織物加固。它在荷載為（時屈服，在載為134.4kN（30.21kips）由于織物的剝落而破，此時它并未如控制梁那樣顯示出任何明顯的服臺階。延性指數(shù)是。值得注意的是在圖8（b）中破時記錄到的纖維應變的最大值為0.67%，這意味著纖承載力大約揮了48%圖（）顯示了梁的荷載-撓度關(guān)系。這根使用研制中的厚度為厚的混合織物進行加固屈荷載為97.9Kn（制梁比起來提高了圖（）中值得注意是，當梁屈服時織物應變?yōu)?。它的延性指?.33，當荷載最終達到114.8kN（時由于織物徹底開裂而破壞圖（）即為破壞時的梁。圖10顯示了H-75-2梁的荷載-屈服關(guān)系這根梁使用厚度為6

的研制中的合織物。它在荷載為（25.6kips）時屈服，130.8kN（極限荷載下由于織物落而導致徹破壞之前體現(xiàn)出的延性數(shù)為。值得注意是，盡管最終壞是由于織物的剝落，但這是在取得了人滿意的延之后發(fā)生的。從圖10（b）中見當梁屈服的應變?yōu)?.35%圖10（）是梁破壞的照片。圖11表對A組梁的試驗果進行了比。可以觀察出如下現(xiàn)象1C-1梁H-50-2梁現(xiàn)了較好的延性特征。但是H-50-1梁比C-1體現(xiàn)了更高的服荷載。這是因為，經(jīng)過設(shè)計這種研制中的混織物比碳纖維片有更高的初剛度；因此，在鋼筋屈服前它比碳纖維對加固貢獻更大。2盡管碳纖維織物的極限荷載比1.5mm厚的混合織物屈時對應的荷載大幾倍，但直到屈服時，H-75-2體現(xiàn)著相似的性。但是梁有令人滿意屈服臺階，而C-3梁沒有。3相對于現(xiàn)在常用的碳纖維加固料，這種研中的織物屈服時的應變鋼筋的屈服變接近。盡管仍然較高，但是混合織物的應變和梁屈服時的應變值接近，意味這它和鋼筋同時屈服。這一部分要歸功于植物安置在梁的外表面，這比安置在梁的內(nèi)部要承受更大的拉應變。結(jié)果物的屈服應變設(shè)計值看起來可以接受的。4當使用有較高承載能力的碳纖板（正如在C-2中使用的）時，能提供高的破荷載，同時也會產(chǎn)生脆性破壞。B組梁這組梁除對底部外，在梁兩側(cè)向上延伸152mm（16in）的范圍也進行了加固試驗結(jié)果見圖12至H-S50-1梁H-S75-1梁分別和梁和梁各自的結(jié)果非常接近此關(guān)于這些的討論就集中于后兩者，以避免重復圖12（顯示了CS梁荷載-撓度系這根梁是使碳纖維薄片體系加固的。它在載達到22.3kips時由于鋼筋屈服而屈服。屈服荷載增加了。梁在達到（的極限荷載由于跨中混凝土的受壓破壞而破。從圖12（b）可以看出當梁屈服時，碳纖維的應變0.35%，因此在這段載階段發(fā)揮了它的大約的能力。在破壞之前記錄到的最大應變?yōu)?。取得的延性指?shù)。7

的驗結(jié)果見圖13根梁使用研制中的厚度為1mm厚的混合織物進行加固了它的荷載-撓度曲線載達到（時由于鋼筋織物的破壞，梁發(fā)生破壞。屈服荷載增加了

。梁在達到146.6kN（32.9kips）極限荷載時由于混凝土的受壓破壞而破壞。延性指為。圖13（b顯示了跨中荷載織物應變的關(guān)系梁屈服時記錄到的應變值是0.35%梁破壞前記錄到的最應變值是1.2%的破壞情形見圖（圖14即H-S75-2的試驗結(jié)果。這梁也是用研制中的混合織物加固的，但是厚度為1.5mm。從圖14（）可見梁在荷載為127.3kN（）時屈服，由于鋼筋和物的屈服屈服荷載增加了當荷載達到162.0kN（時根梁由于中混凝土的受破壞而破壞的延性指數(shù)為（b）顯示了跨中載和織物應變的關(guān)系。在梁破壞前記錄到的最應變是。該梁的破壞形見圖14（c圖15顯示了B組梁試驗結(jié)果的比較。從試驗結(jié)果以觀察到如下現(xiàn)象：1雖然混合織物的屈服荷載低于纖維板的極荷載，但是H比CS體現(xiàn)出了更的延性是因為同碳纖維薄片比這混合織物有高的初始剛度2用研制中的混合織物加固的梁服荷載更大并且有令人滿意的屈服階。這種研制中混合織物的一個優(yōu)點是它易于通過視覺觀察判織物是否屈服，因為任何破的碳纖維紗線都是可見的。而且，這種混合織比目前常用的碳纖維材料便，因為這些纖維中超過75%的使用的是玻纖維，而這比碳纖維成本低。8

結(jié)論基于本研究介紹的研究調(diào)查，可以得出如下結(jié)論：1目前常用的FRP材料作為彎曲加體系用于混凝土結(jié)構(gòu)并不能總是在加固梁中提類似未加固梁的屈服時的屈服臺階。在一些情下，加固可能導致加固梁的性破壞或著是屈服荷載增加很不明顯，或者是者兼有。2選擇的幾種類型的纖維的混雜用于研制偽性的織物，它在屈服時應變（0.35%設(shè)計這種織物具同加固梁中的鋼筋同時屈服的潛力。3同那些應用碳纖維進行加固體相比，使用制中的混合織物進行加的梁通常會示出在屈服荷載上有更高的增長。有些用混合物進行加固的梁會顯示出類未加固梁的屈服臺階。這在結(jié)構(gòu)破壞之前保證夠的警示作用是特別重要的4使用研制中的混合織物體系進行加固的梁并沒有顯出明顯的延性損失。使用碳維加固的梁也沒有明顯的延性損失，但是屈服載較低。9

參考文獻ASTMD2000,“StandardTestMethodforTensilePropertiesofPolymerMatrixCompositeMaterials,BookofASTM,V.15.03,106-118.Bunsell,A.R.,andHarris,B.,1974,“HybridCarbonandGlassComposites,”Composites,5,pp.Chow,T.W.,Kelly,A.,1980,“MechanicalPropertiesComposites,AnnualReviewScience,10,Fukuda,T.W.,1981,“MonteSimulationofHybridComposites,”JournalofMaterialspp.Grace,N.F.;K.;andSaleh,K.,“StrengtheningReinforcedConcreteBeamsFiberReinforcedLaminates,”offorV.2,No.4.Harris,H.g,Frank,K.K.,“NewDuctileHybridFRPReinforcementBarforConcreteStructures,”JournalforConstruction,ASCE,2,No.pp.Manders,P.W.,andBader,G.,1981,“TheStrengthofGlass/CarbonFibreComposites:Part—EnhancementandMode,Journal,16,2233-2245.Nanni,A.;andT.,1994,“TensilePropertiesofHybridRodsforConcreteReinforcement,ConstructionNo.pp.Norris,Saadatmanesh,H.;andEhsani,R.,1997,“ShearandFlexureofR/CBeamsFiberSheets,”ofEngineering,123,No.7,pp.Philips,L.N.,1976,TheHybridEffectExist?”pp.7-8.Ritchie,P.Thomas,D.L.;G.M.,“ExternalofusingFiberPlastics,”ACIJournal,V.No.July-Aug.,pp.490-500.Saadatmanesh,Ehsani,R.,1991,BeamsStrengtheningwithI:ExperimentalStudy,JournalStructuralEngineering,ASCE,No.pp.10

Somboonsong,W.;Frank,K.K.;andHarris,H.G.,1998,HybridFiberReinforcedPlasticReinforcing,ACIMaterialsJournal,V.pp.655-666.Tamuzs,V.,andTepfers,R.,1995,“DuctilityofNonmetallicHybridReinforcementforConcrete,,2ndInternationalRILEMTriantafillou,P.,1992,“StrengtheningBeamswithFiber-Materials,Materialsandpp.11

附錄表復合維力學特纖維材料

描述

彈性模量抗拉強度（MSi）（ksi）

破壞時的應變，%1號碳纖維

超高摸量碳維

379（55）

1324（192）

0.352號碳纖維

高摸量碳纖231（33.5）

2413（350）

0.9至1.0玻璃纖維

E型玻璃

48（7）

1034（150）

2.1表加固料特性類型碳纖維薄片碳纖維板碳纖維織物H體系

屈服荷載，kN/mm———0.23

屈服應變，%———0.35

極限荷載，kN/mm0.34（1.952.8（16.0）1.31（7.500.39（2.24

極限應變，1.21.41.41.74

厚度，mm（in）0.131.31.901.0（t=1mm）

（1.30）

（0.04）H體系（t=1.5mm）

0.34（1.95）

0.35

0.59（3.36

1.74

1.5（0.06）表環(huán)氧結(jié)料特性環(huán)氧類型AB

抗拉強度，（ksi）66.3（9.62）68.9（10.0）

極限應變，4.42.0

抗壓強度，（ksi）109.2（15.84）86.2（12.50）12

表試驗的總梁的組別N/A

梁的稱號控制梁C-1C-2C-3

加固材料N/A碳纖維薄片碳纖維板碳纖維織物A組梁H-50-1H-50-2H-75-1H-75-2CSH-S50-1B組梁H-S50-2H-S75-1H-S75-2表試驗果總

H體系（t=1mm）H體系（t=1.5mm）碳纖維薄片H體系（t=1mm）H體系（t=1.5mm）梁的名稱控制梁

加固體系N/A

屈服荷載，kN(kips）82.3

屈服時的撓度，mm（in14.0

破壞時的荷載，kN（kips）95.7

破壞時的撓度，mm（in）49.5

延性指數(shù)=第63.55

破壞時FRP的應變N/A

最終破壞類型鋼筋（18.5）

（0.55）

（21.5）

（1.95

屈服C-1

碳纖維薄片

85.9

13.2

101.9

28.4

2.15

1.10

鋼筋（19.3）

（0.52）

（22.9）

（1.12

屈服C-2

碳纖維板

—

—

132.6

16.0

1.00

0.33

剪切107.7

13.5

（29.8）134.4

（0.6322.1

拉伸鋼筋C-3

碳纖維織物

1.640.67（24.2）H系97.9

（0.53）15.2

（30.2）114.8

（0.8735.6

屈服鋼筋H-50-2

2.331.55（t=1mm）（22.0（0.6）（25.813

（1.40

和FRP

H系

113.9

13.7

130.8

29.2

鋼筋H-75-2

2.13

0.74CS

（t=1.5mm）碳纖維薄片

（25.6）99.2（22.3）

（0.54）14.2（0.56）

（29.4）123.3（27.7）

（1.1529.0（1.14

2.041.00

和FRP鋼筋屈服H系113.9

14.2

146.4

32.0

鋼筋H-S50-2

2.251.20（t=1mm）H系

（25.6）127.3

（0.56）15.8

（32.9）162.0

（1.2629.7

和FRP鋼筋H-S75-2

1.890.74（t=1.5mm）

（28.6）

（0.62）

（36.4）

（1.17

和FRP14

ACISTRUCTURALJOURNALTECHNICALPAPERTitle：99-S71StrengtheningConcreteBeamsUsingInnovativeDuctilePolymerFabricByNabilGrace,GeorgeAbel-Sayed,WaelF.Raghebabstractfiber-reinforcedpolymer(FRP)beenandmanufactured(inStructuralatUniversity)forstructures.Thefabricaoftypescarbonfibersoneofglassfiber,andtoabehaviorwithalowvalueineffectivenessandductilityofdevelopedfabrichaseightunderload.withavailableuniaxialsheets,andplateswerealsotestedtheirbehaviorwithstrengthenedwiththefabrichasbeenthatitthetoyieldsimultaneouslywithofstrengthenedductilesimilartofornonstrengthenedcanachieved.beamsstrengthenedwithfabricexhibitedhigherachievedductilitythanstrengthenedwiththecurrentlycarbonfibersystems.fabricmoretokeyword：Concrete,ductility,textilefiberreinforcement,distortionINTRODUCTIONofexternallyfibcr-rcinforccdpolymersheets

hasantoolforandreinforcedstructures.SeveralexperimentalinvestigationsbeenreportedonthebehaviorofstrengthenedforflexureexternallyFRPplates,fabrics.SaadatmancshandEhsaniexaminedthebehaviorofbeamsstrengthenedforglassfiber-reinforced(GFRP)plates.ct(1991)testedreinforcedstrengthenedforflexurecarbonfibcr-rcinforccdpolymer(CFRP).andGraceal.(1999)Trian-tafillou(1992)studiedthebehaviorofreinforcedstrengthenedforCFRPsheets.Saadatmancsh.Fhsani(1997)investigatedthebehaviorofstrengthenedandCFRPwovenfabrics.Inalloftheseinvestigations,thebeamsshowednonstrcngthcncdofexperiencedofstrengthenedbeamswasaconsiderableinexaminationofthedeflectionofshowedthatofgainedincreaseinwasafteryieldofthesteelotherinwasexperiencedwithoutinHence,significantinloadshardlybegained.Aparttheconditionofelementstrengthening,thesignificantlytheflcxuralofthestrengthenedUnfortunately,15

havebehaviorthatisdifferentfromAlthoughstrengths,ofthemrelativelytheirfullhasarelativelylowyieldcomparedwithultimatestrainsofofbothsteelandFRPmaterialsdifferwithdeformationofstrengthenedelement.Asaresult,thestrengthenedanySomeplaceFRPcrosssection,ofstrengthening,toaarclimited(beforetheyieldofDebondingofsurfaceofconcrete,tohappeninthesecasesconcentrations.oneofbrittlefailuresinvolvedwiththisofstrengthening.low-strainfibersascarbonappeartoitwouldresultinbrittleduetothefailureThefabricthatalowyieldithastoyieldsimultaneouslywithreinforcement,yetdesiredstrengtheninglevel.RESEARCHSIGNIFICANCE

havebeenusedasforreinforcedstructures.Currentlyavailablehowever,lacktheductilityandtoreinforcement.aresult,thestrengthenedexhibitareducedductility,lackdesiredorboth.innovativeFRPstrengtheningThefabricmeasurablyyieldforstrengthenedbeamsandavoidtheofductilitythatiscommonwithuseavailableDEVELOPMENTOFHYBRIDFABRICthementionedpreviously,aFRPwithlowvalueisneeded.Journal,MSNo.01-349receivedOctober23,2001,andreviewedunderpolicies.Copyright€)2002,AmericanConcreteAllrightsreserved,makingofcopiesunlessisfromthediscussionwillinJuly-August2003AClifreceivedbyMarchACI16

379fiber379fiberACI

F.Grace

isaprofessorChairoftheStructuralTestingDepartmentofCivilTechnologicalUniversity,Mich.Heaof440,PolymerandJointBridgeDesign.Hisresearchinterestsincludeusefiber-reinforcedpolymerinreinforcedpreconcretestructures.

isProfessorinofCivilandUniversityofOntario,Hisresearchincludeinteraction.WaelF.

isaassistantintheDepartmentofCivilEngineeringTechnologicalUniversity.isaPhDcandidateinDepartmentofCivilandUniversityofOntario,ModulDescriptionl

Failustrengtrety.h,strai(ksi)n,Msi)carbonI2carbon(33.5)GlasE-glass50)

Literaturereviewonhybridizationdevelopthismaterial,hybridizationfor17

fibersHybridizationofoneoffibroustheinterestofscienceofworkconcernedwithoftomechanicalpropertiesofaloneandtothecost.hasbeeninasHarris(1974),(1976),andChowKelly(1980),andChowHybridizationasproblemoflackofductilityinFRFreinforcingNanni,Okamoto(1994)studiedbraidedaramidaroundsteelcore.(1995)experimentalinvestigationsforhybridfibercarbonandaramidfibers.Frank,Harris(1998)ahybridreinforcingbarbraidedaroundacarbonfiberSomboonsong,(1998)thesereinforcingtothegeneralload-deflectionbehaviorofreinforcedwithsteel.Designconceptandmaterialsgenerateductility,ahybridizationofdifferenttypesofhasbeenimplemented.fibersbeenwithamagnitudeoffailure.curvesinforselectedcomposite1mechanicalisbasedonthesefiberstogetherandcontrollingtheratiotheyarcintension,fiberswiththelowest(LE)allowing

(aninstrainwithoutaninfortheremainingfiberssustainthetotalloadupfailure.ThefailureoftheLEfiberspresentsoftheofhybrid,whileHEstrainatfailuretheloadcorrespondingfailureoffiberspresentstheandthemaximumloadbyisloadcarbonLEfiberstohavelowapossible,butlessthantheyieldsteel(approximately0.2%forGradeOntheotherhand.E-glassfibersasHEfiberstoasstrainaspossibleproduceahigh-ductility(theratiobetweenfailureatyield).High-moduluscarbonfibers2)as(ME)possibleloaddropduringthestrainrelaxationthatfailureoftheLEfibers,alsototransitionfromLEfibersHEBasedonthisafabricfabricatedandtoitsintensionwithpredictedTheisonruleofinwhichofhybridsummationofrelativestiffnessofitsbydifferentfibersadjacentyarnsandimpregnatinginsidebyanFigurephotoofoneofthefabricatedsamples.fiberbothofstressthickness2(0.08in.)andwidthof25.4ACI18

in.)testedinaccordingDspecifications.ThecurveforfourtestedsamplesinFig.togetherwiththeItshouldbethatbehaviorislineartostrainofLEfiberstofail.Atthispoint,afasterthantheWhenreached0.thMEstartedfail,inadditionalinwithoutainload,totalfailureoffailureofHEfibers.Ayield-equivalentloadfirstoncurvethenonlinear)of0.46kN/mm19

(2.6kips/in.)and0.78kN/mmkips/in.)arcobserved.BEAMTESTSBeamdetailsreinforcedconcretebeamswithcross-sectionalof152254mm(6x10in.)lengthsof2744mmin.)TheofbeamstwoNo.5(16tensionnearandtwoNo.mm)nearthetop.avoidshearfailure,beamsreinforcedforwithNo.3(9.5mm)spacedmmFiveformedcornersof25in.)tofacilitateinstallationofthematerialtheirandbottomwithoutstressFigureshowsthedimensions,details,locations,and

steelusedwas60withyield415MPa(60.000psi),whilethecompressivestrengththetimethebeamsMPaStrengtheningmaterialshybridfabricwasloTwodifferentoffabricwereused.firsttmm)a1.0the/=mm)had1.5otherwerewiththreeavailablecarbonfiberstrengtheningmaterials:uniaxialfibersheetwithanultimateloadofkN/mmkips/in.);20

twolayersofauniaxialfiberwithloadof1.31kN/mm(7.5forthetwolayerspultrudcdcarbonwithloadof2.8kN/mmTheforallmaterialsinFig.5.Tablethepropertiesofstrengtheningmaterials,includingthedevelopedfabric.AdhesiveshybridcpoxyresinA)wasusedimpregnatefibersanbetweenfabrictheconcreteThisstrainoftothatitbeforethefailureoftheForwithfiberandfabric,with2.0%wasmcchanicalofadhesivesprovidedtheirmanufacturesshowninTable3.StrengtheningbottomfacessidessandblastedtoroughentheThebeamsthencleanedtoremoveTwostrengtheningwereused:1)strengtheningmaterialthebottomthe(BeamGroupA);and2)strengtheningmaterialbottomup152mm(6in.)onbothcoverapproximatelyallflcxuraltensionportionsofbeamGroupB).strengtheningwasinstalledfor2.24alonglengthofbeam.wasallowedtocureforleastweeksthebeamsweretested.Forbeamswiththedevelopedhybridfabric21

twowerefabricatedforverifytheTabletheInstrumentationstrainatmeasuredbythreestraingagesloeatedtheThetensilestrainmeasuredbythethesurfaccofbeamatreinforcinglevelaDEMEC(detachablemechanicalgage)withpointsforGroupA,whilewereforGroupmidspandeflectionmeasuredpotentiometer.Thebeamswereloadedhydraulicloadmeasuredbyofaloadcell.Allwereconnectedlodataandrecordreadings.TESTRESULTSANDDISCUSSIONControlbeamhadloadof82.3kN(18.5kips)andanloadof95.7kN(21.5kips).Thebeamfailedbyfollowedbyofatthemidspan.Testforthecontrolarcshowninfiguresoftestofthe(Fig.615).22

BeamGroupAatbottomonly.Figure6showthe

andrespectively,andtheconcerningthesebeamsthetwotoavoidrepetition.ductilityofisbytheductilitythedeflectionofthefailureanditsdeflectionatyield.Figure6(a)load-vcrsus-midspandeflectionforBeamC-l,whichcarbonfiberusedforyieldedaof(19.3andfailedloadof101.9kN(22.9dueruptureofthecarbonfibersheet.Fromitbethat,althoughductileisonly4%increaseintestforTheofBeamsH-50-1toloadwiththecontrolachieved.Aductilityof23

wasexperienced.showstheversusstrainmid-span.Figure7(a)shows

forC-2.Thisbeamstrengthenedthepultrudcdcarbonfiberno(1.0ductilityindex)andhadfailurekN(29.8kips)duetoshear-tensionfailureatendoftheaninobtained,brittle.Figureshowsversuscarbonatmidspan.maximumstrainofcarbonfiberfailurewas0.33%,whichthatofofthewasutilized.isinFig.8(a).strengthenedbytwolayersofthecarbonyieldedakN(24.2kips)andfailedbyfabricdebondingataloadofkN(30.2plateautothatofthecontrolbeam.Aductilityindexof1.64wasachieved.FromFig.itshouldthatmaximumfailurewas0.67%,whichindicatesthatoffabricwasutilized.Figuretheload-deflectionofbeamwaswithdevelopedImm-thickhybridfabric.Ayieldloadof(22.0increaseinloadthatofcontrolbeam).ItshouldfromFig.9(b)a24

0.40%beamyielded.Theductilityindexof2.33andfailedbytotalthefabricatanultimateloadofI(25.8kips).Figure9(c)thefailure.Figure10(a)theload-deflectionresponseforH-75-2.strengthenedwith1.5hybridfabric.yieldeda113.9kN(25.6andaductilityindexof

totalfailurefromoftheatloadof130.8kN(29.4kips).Itisthat,althoughfinalfailurewasfromdebondingtheithappenedareasonableductility.Figurefabrichada0.35%beamFigure10(c)showsfailure.Figure11Table5thefromThefollowingarcobserved:1.C-1and11-50-2behaviors.Beamhowever,ahigheryieldloadthanC-l.Thisisbecausedevelopedfabricwasdesignedthatitstiffnessthanthecarbonfibersheet;hence,itcontributedtostrengtheningmoreeffectivelycarbonfiberbeforethesteelyielded;2.thecarbonanloadyield-equivalentloadofmm-thickhybridfabric,toC-3.itsyield.H-75-2,however,areasonableandC-33.Relativetocarbonfiberstrengtheningmaterials,developedfabricstrainistotheyieldofsteel.itisstillhigher,hybridfabrictoitsyieldwhichthatityieldedsimultaneouslywithsteel.Thisisattributedinparttobeinginstalledonofthewhichmorethanaresult,yieldstraintheand4.Whiletheafiberplateofahighload(liketheoneinC-2)failureitproducedafailure.BeamGroupingroupatbottomandin.)on25

yieldload20%.Thebeamanloadof123.3kN(27.7kips)tofailureofmidspan.Figurecarbonfibersaof0.35%theyielded,andhencecontributedapproximatelyofitscapacityatthisstageofloading.strainfailurewas1.0%.Aductility2.04wasTheresultsofshowninTable5andFig.12TheresultsofBeamswereveryclosetoH-S75-2,respectively,andhence,theconcerningbeamsarethelasttwotorepetition.Figure12(a)ofCS.usingthecarbonfibersheetyieldedaof(22.3duethethein

areshowninFig.beamstrengthenedbydevelopedFigureshowscurveofbeam.TheyieldedaI13.9kNduetoyieldingofboththeandthefabric.Theinyieldloadgain38%.atanofkN(32.9kips)duetocompressionfailureofconcrete.Aductilityindexof2.25occurred.Figureversusfabricmidspan.Therecorded