Behavior of RC hollow circular columns reinforced with GFRP bars and spirals under concentric and eccentric loads

Abstract

L’un des problèmes les plus graves auxquels sont confrontées les structures en béton armé d’acier est la détérioration des éléments structuraux causée par l’aggravation des problèmes de corrosion de l’acier, en particulier dans les environnements difficiles tels que les structures marines, les fondations sur pieux et les tunnels. Récemment, Polymère Renforcé de Fibres (PRF) a été introduite pour l’industrie de la construction afin de résoudre le problème de la corrosion, en raison de leur résistance innée à la corrosion et un rapport résistance à la traction/poids élevé. Les critiques de études antérieures précieuses ont montré que les ingénieurs praticiens ne disposent pas d’informations suffisantes sur le comportement des poteaux en béton armé de PRF de section creuse sous charges centrée et excentrée. En raison du nombre très limité de données expérimentales, la plupart des normes et directives de conception actuelles prévoient des dispositions très prudentes pour l’utilisation du PRF dans les éléments de compression. Par conséquent, la présente étude a été menée pour aider à combler ce manque de connaissances en analysant le comportement de poteaux circulaires creux en béton armé de PRFV soumis à des charges centrées et excentrée. Un total de 27 spécimens grandeur réelle ont été fabriqués et testés⸺19 spécimens sous charges de compression centrée et 8 spécimens sous charges de compression excentrée. Outre le type de chargement, les paramètres d’essai comprenaient l’influence du taux et du type d’armature longitudinale, la configuration de la section transversale du spécimen, le taux, le type et la configuration de l’armature transversale, et l’excentricité de la charge. Les spécimens avaient des diamètres extérieurs/intérieurs de 305/113 mm et une hauteur de 1,500 mm. En outre, une étude paramétrique a été menée pour enrichir la base de données expérimentale avec le développement de nombreux diagrammes d’interaction charge axiale-moment tels que: l’influence du rapport diamètre intérieur/diamètre extérieur; l’influence du taux et type d’armature longitudinale; l’influence de la contribution ou non des barres en compression; et l’influence de la résistance à la compression du béton. Les résultats des essais, y compris le comportement à la fissuration, la résistance des poteaux, le mécanisme de rupture, le déplacement axial, le déplacement latéral, les déformations des armatures, la rigidité et la relation moment-courbure, ont été examinés. Une famille de diagrammes d’interaction charge axiale-moment prenant en compte ou non la contribution en compression des barres longitudinales en PRFV a été développée pour mieux comprendre le comportement sous charge centrée et excentrée des poteaux de section creuse en béton armé de PRFV.

Abstract: One of the most serious issues confronting steel reinforced concrete structures is the deterioration of members caused by worsening steel corrosion problems, particularly in harsh environments such as marine structures, pile foundations, and tunnels. Recently, Fiber-Reinforced Polymer (FRP) bars has been introduced for the construction industry to overcome the corrosion problem, due to their innate corrosion resistance and high tensile strength-to-weight ratio. A critical review of valuable past studies indicated that insufficient information on the concentrically and eccentrically behavior of FRP-RC hollow columns is available for practicing engineers. Due to very limited experimental data, most currently design codes provide very conservative provisions for the use of FRP in compression members. Therefore, this present study has been conducted to help fill this knowledge gap by analyzing the response of GFRP-RC hollow circular columns subjected to concentric and eccentric loading. A total of 27 large-scale specimens were constructed and tested⸺19 under pure axial compression loading and 8 under eccentric compression loading. Besides the loading type, test variables included the influence of the longitudinal reinforcement ratio and type, specimen cross-section configuration, transverse reinforcement ratio, type, and configuration, and load eccentricity level. The specimens had 305/113 mm outer/inner diameters and 1,500 mm in height. In addition, a parametric investigation was carried out to enrich the research database with numerous load-moment interaction diagrams such as: influence of the inner-to-outer diameter ratio; influence of longitudinal reinforcement ratio and type; influence of considering-to-disregarding bar contribution in compression; and influence of concrete compressive strength. The test results, including cracking behavior, column strength, failure mechanism, axial displacement response, lateral displacement response, reinforcement strain response, stiffness, and moment-curvature response, were examined. A family of load-moment interaction diagrams in terms of disregarding and considering the contribution of GFRP longitudinal bars in compression was developed to better understand the concentrically and eccentrically behavior of GFRP-RC hollow columns.