Static and dynamic response of RC beams strengthened with NSM C/GFRP rods

The Near-Surface Mounted (NSM) strengthening technique has proven, in recent years, as a valid alternative to the conventional strengthening methods, like the externally bonded (EB) technique. In the last two decades its potential and its advantages, as well as its applications, has been studied, trying to optimize the construction system and the parameters that influence it. However, it is interesting to deepen the topic both in static, highlighting the non-conservation of the flat section, due to the bond-slip effect between FRP rod and resin, which, for simplification has never been taken into consideration by analytical models proposed in literature, both in dynamic key, which allows, by studying the trend of proper frequencies of vibration, to understand the effectiveness of the reinforcement and how different types of damage affect it. Therefore, in this research work, static and dynamic tests were performed on RC beams strengthened with NSM CFRP and GFRP rods, which still need to be investigated. The aim of the research is to analyze the effects of different types of strengthening. Bending tests with cycles of loading until failure are carried out, these tests allowed to define the behavior of beam specimens, even in presence of damage, and to generate different damage degrees, due to cracking of concrete. At each step of load, dynamic analysis, by free vibration test, allows monitoring the effectiveness of the reinforcement at different damage degrees. Failure modes of beam models are also analyzed. A comparison between the responses of the unreinforced and reinforced models is presented; the behavior of beam specimens was also analyzed by theoretical models. In the end, a finite element analysis of beam models has been developed, in order to validate the results obtained by the experimental research.

Negli ultimi anni è stato dimostrato che la tecnica di rinforzo Near Surface Mounted (NSM) rappresenta una valida alternativa ai metodi di rinforzo convenzionali, come le fasciature esterne (metodo Externally Bonded). Potenzialità, vantaggi ed applicazioni sono stati studiati negli ultimi 20 anni cercando di ottimizzare il sistema ed i parametri che lo influenzano. È interessante approfondire il tema sia dal punto di vista statico, evidenziando la non validità dell’ipotesi di conservazione delle sezioni piane, che si manifesta a causa dello scorrimento tra FRP e resina, che per semplicità non viene mai preso in considerazione dai modelli analitici proposti in letteratura, che dal punto di vista dinamico, che consente di analizzare l’andamento delle frequenze proprie di vibrazione, per monitorare l’efficacia del rinforzo e come agisce il grado di danneggiamento. Durante questo lavoro di ricerca sono state effettuate prove statiche e dinamiche su campioni di travi in cemento armato rinforzati con barre in CFRP e GFRP mediante tecnica NSM. Lo scopo del progetto è proprio quello di analizzare gli effetti delle differenti tipologie di rinforzo applicate. Le prove statiche a flessione sono consistite nell’applicazione di cicli di carico e scarico, questi test hanno consentito di definire il comportamento dei campioni di trave anche in presenza di fessurazione del calcestruzzo e di individuare diversi livelli di danno. Dopo ogni step di carico sono state effettuate le prove dinamiche in vibrazione libera che hanno consentito di osservare come agisce il rinforzo. Sono stati osservati anche i modi di rottura delle travi. Le risposte del campione non rinforzato sono quindi state confrontate con quelle dei campioni rinforzati, il comportamento è stato analizzato anche attraverso dei modelli teorici. Infine, è stato sviluppato un modello agli elementi finiti dei campioni di trave in modo da validare i risultati ottenuti sperimentalmente.