Fatigue strength of fibre-reinforced-polymer-repaired beams subjected to mild corrosion

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Abstract

Infrastructure corrosion is an expensive problem worldwide. In the case of reinforced concrete (RC) structures, corrosion reduces the steel cross sectional area and thus decreases the capacity of the corroded RC members. The expansion of the corroded steel also induces tensile stresses in the concrete causing the concrete cover to crack and spall, thus reducing the bond capacity between concrete and steel. This paper reports on a research program conducted at the University of Waterloo that studied the effect of corrosion on flexural and bond fatigue strength. The effect of the addition of fibre-reinforced-polymer (FRP) sheets on the fatigue life of corroded RC beams was also assessed. Eighteen beams (152 mm × 254 mm × 2000 mm) were tested in two groups, with each group consisting of three sets of tests. Group F was designed to study the fatigue flexural behaviour; the repaired beams in this group were strengthened with a flexural FRP sheet along their tension side and confined by intermittent U-shaped FRP sheets along their length. Group B was designed to study the fatigue bond behaviour; hence, the repaired beams in this group were confined with U-shaped FRP sheets in the anchorage zone. The variables in each group were the percentage of corrosion (0% and 5% theoretical mass loss), the load range, and the use or omission of a FRP repair method. Results showed that a mild level of corrosion (5% theoretical mass loss) caused on average 10% and 20% reductions in flexural and bond fatigue strength, respectively. Strengthening the corroded beams with FRP sheets enhanced the fatigue behaviour of the beams. In both groups, the fatigue strength was on average 15% higher than that of the corroded unrepaired beams.

La corrosion des infrastructures est l'un des problèmes mondiaux les plus coûteux. Dans le cas des structures en béton armé, la corrosion réduit la superficie de la section transversale, réduisant ainsi la capacité des éléments de charpente en béton armé corrodé. L'expansion de l'acier corrodé induit des contraintes en tension dans le béton, engendrant la fissuration et l'éclatement de l'enveloppe de béton, réduisant l'adhérence entre le béton et l'acier. Le présent article fait le compte rendu d'un programme de recherche à l'Université de Waterloo qui examinait l'effet de la corrosion sur la résistance à la fatigue en flexion et de l'adhérence. L'effet de l'ajout de feuilles de polymères renforcés de fibres (PRF) sur la longévité à la fatigue des poutres en béton armé corrodées a également été évalué. Dix-huit (18) poutres (152 mm × 254 mm × 2000 mm) ont été mises à l'épreuve en deux groupes, chaque groupe comportant trois ensembles d'essais. Le groupe F a été conçu pour étudier le comportement à la fatigue en flexion; les poutres réparées dans ce groupe ont été renforcées par une feuille de PRF en flexion le long de leur côté en tension et confinées par des feuilles de PRF en U placées de manière intermittente sur toute la longueur. Le groupe B a été conçu pour étudier le comportement à la fatigue de l'adhérence; ainsi, les poutres réparées de ce groupe ont été renforcées par une feuille de PRF en U placée dans la zone d'ancrage. Les variables de chaque groupe étaient le pourcentage de corrosion (de 0 à 5% de perte théorique de masse), la plage de charge et l'utilisation ou l'omission d'une méthode de réparation impliquant des PRF. Les résultats montrent qu'un niveau faible de corrosion (5% de perte théorique de masse) a causé des réductions moyennes de 10 à 20% en résistance à la fatigue en flexion et de l'adhérence respectivement. Le renforcement des poutres corrodées par des feuilles de PRF a amélioré le comportement à la fatigue des poutres. Dans les deux groupes, la résistance à la fatigue était de 15% plus élevée en moyenne que dans les poutres corrodées non réparées. Mots-clés: corrosion, polymère renforcé de fibres (PRF), résistance à la fatigue, adhérence acier-béton, rendement en flexion, durabilité.[Traduit par la Rédaction]

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