Comparative Study of Corroded Reinforced Concrete (RC) Elements Retrofitted with Strain-Hardening Cementitious Composites (SHCCs) and Fiber-Reinforced Polymers (FRPs) Using Nonlinear Finite Element Analysis
ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει μια συγκριτική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) δύο προηγμένων τεχνικών ενίσχυσης που εφαρμόζονται σε στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος που έχουν υποστεί φθορά λόγω διάβρωσης του χάλυβα και ενανθράκωσης του σκυροδέματος. Εξετάζει τη μη-γραμμική συμπεριφορά στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος (RC) και διαβρωμένων τα οποία έχουν ενισχυθεί με Σύνθετα Τσιμεντούχα Κονιάματα με Ιδιότητες Κράτυνσης (SHCCs) αλλά και Ινοπλισμένα Πολυμερή (FRPs). Η μελέτη βασίστηκε σε προσομοιώσεις πεπερασμένων στοιχείων με στόχο τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των δύο αυτών τεχνικών ενίσχυσης σε όρους φέρουσας ικανότητας και πλαστιμότητας. Ακολούθησε μια συγκριτική ανάλυση των αριθμητικών προσομοιώσεων με πραγματικά πειραματικά αποτελέσματα δοκιμών κάμψης τεσσάρων σημείων που εξήχθησαν στο πλαίσιο προγενέστερης ερευνητικής εργασίας που συνεχίζεται. Πιο συγκεκριμένα, το πρόγραμμα περιλάμβανε ανάλυση έξι διαφορετικών διαμορφώσεων δοκιμίων, συμπεριλαμβανομένων άοπλου σκυροδέματος, SHCC, οπλισμένων, διαβρωμένων και ενισχυμένων με SHCC ή GFRP στοιχείων, με μόνο αλλά και διπλό οπλισμό. Η αύξηση του οπλισμού βελτίωσε τη φέρουσα ικανότητα των στοιχείων και κυρίως την παραμορφωσιμότητά τους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διάβρωση μειώνει σημαντικά τη φέρουσα ικανότητα, ενώ η εφαρμογή SHCC και FRP όχι μόνο μπορεί να επαναφέρει αλλά υπερβαίνει την αρχική αντοχή των στοιχείων. Το SHCC εμφάνισε μεγαλύτερη πλαστιμότητα και απορρόφηση ενέργειας, ενώ το FRP παρείχε μεγαλύτερη φέρουσα ικανότητα αλλά με λιγότερο πλάστιμη συμπεριφορά μετά την αστοχία
Thesis
This thesis presents a comparative Finite Element Analysis (FEA) of two advanced retrofitting techniques applied to reinforced concrete elements deteriorated due to steel corrosion and concrete carbonation. It investigates the nonlinear behavior of reinforced concrete (RC) elements, including corroded specimens, which have been retrofitted with Strain-Hardening Cementitious Composites (SHCCs) and Fiber-Reinforced Polymers (FRPs). The study is based on finite element simulations aimed at evaluating the effectiveness of these two strengthening techniques in terms of load-bearing capacity and ductility. A comparative analysis was conducted between the numerical simulations and actual experimental results from four-point bending tests, carried out as part of a previous and ongoing research project. More specifically, the program involved the analysis of six different specimen configurations, including plain concrete, SHCC, reinforced, corroded, and SHCC or GFRP-retrofitted elements, with a single and double reinforcement. Increasing the reinforcement ratio improved both the load-bearing capacity and, more importantly, the deformability of the elements. The results demonstrated that corrosion significantly reduces the load-bearing capacity, while the application of SHCC and FRP can not only restore but exceed the original strength of the elements. SHCC exhibited greater ductility and energy absorption, while FRP provided higher peak strength but less ductile post-peak behavior.