GFRP Bars in Structural Design: Determining the Compressive Strength versus Unbraced Length Interaction Curve

Edvard Bruun

Abstract


To mitigate the durability issues arising from steel reinforced structures, current research in the structural engineering field has been focused on the feasibility of replacing steel with corrosion resistant materials. A promising alternative has been glass fibre reinforced polymer (GFRP) bars as internal reinforcement. While extensive testing has certified that GFRP bars perform adequately as tensile reinforcement, structural design codes have yet to adopt provisions for its implementation as compressive reinforcement. Quantifying the compressive behaviour of GFRP bars – the rela­tionship between strength and unbraced length, as well as the modulus of elasticity – is the first step toward developing code provisions.

This experimental program consisted of 34 specimens of 25M GFRP bars tested under di­rect compression; the lengths of the specimens were varied to establish the relationship between length and strength. A pure crushing failure with an ultimate compressive strength of 730 MPa was observed for all specimens under the nominal un­braced length of 230mm. Longer specimens failed through a global buckling of the bar, with ultimate compressive strength decreasing with increasing unbraced bar length. The average compressive modulus of elasticity was determined to be 60 GPa.

Les structures renforcées par l’acier risquent souvent de manquer de durabilité. Pour mini­miser ce risque, des études actuelles dans le do­maine de l’ingénierie des structures se focalisent sur la possibilité de remplacer cet acier avec des matériaux qui sont plus résistants à la cor­rosion. Une nouvelle option possible pour ren­forcer les structures est le polymère renforcé de fibre de verre (PRF). Malgré le fait que les barres en PRF performent systématiquement de façon adéquate comme renforcement extensible, elles n’ont pas encore été adoptées par les codes de construction comme renforcement contre la compression. Pour pouvoir utiliser les barres en PRF selon le code, il faudra quantifier leur com­portement lorsqu’elles sont soumises à la com­pression, soit la module d’élasticité et la relation entre leur force et leur longueur.

Ce programme expérimental comporte 34 ex­emplaires de barres PRF de 25M, sans support externe, qui ont été testés sous compression direct. La longueur des exemplaires varie pour mieux établir la relation entre longueur et force. Un échec total à cause de la compression après 730 MPa a été observé pour tous les barres en dessous de 230 mm. Les barres qui étaient plus longues que 230 mm se sont déformées sous compression; globalement, la résistance à la compression a diminuée lors de l’augmentation de la longueur de la barre. La moyenne de com­pression élastique a été déterminée à 60 GPa, selon les dimensions données par l’équipement utilisé au début de chaque essai. Cette valeur est identique à la moyenne publiée pour les barres sous tension.


Keywords


Compression; GFRP bars; Crushing; Buckling; Umbraced

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DOI: https://doi.org/10.13034/cysj-2014-003

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