Use of carbon fiber reinforced composite in reinforced concrete beam subjected to unplanned discontinuity: reinforcement and finite element numerical analysis

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5216/reec.v19i2.76850

Keywords:

Structural Reinforcement, Carbon fiber reinforced composite, Numerical Analysis, Finite Elements, Shear

Abstract

The execution of unplanned perforations in structural elements, especially in beams, has become a routine practice in the construction environment, caused by the lack of compatibility and interaction of professionals in the design stage. After the discontinuity of the structural element, a redistribution and significant increase in efforts develop, systemically affecting the performance of the element, and requiring the application of structural reinforcement. With this, one of the types of reinforcements that have been effective in its application is the carbon fiber reinforced composite (CRFC). Thus, the objective of this work is to demonstrate the executive process of the application of this reinforcement in beams with unforeseen discontinuity, as well as to prove its effectiveness through computational analysis. For this purpose, to perform the numerical simulation, the finite element method (FEM) was used, with the aid of the commercial software ANSYS. At first, the beams were modeled without and with perforation, and finally the implementation of CRFC. After the analysis, it was found that the carbon fiber contributes fundamentally to the absorption of tensile stresses, resulting from the significant increase in shear stresses, caused by the discontinuity in the element.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Felipe Cesario de Oliveira, Autarquia do Ensino Superior de Garanhuns - (AESGA), Garanhuns, Pernambuco, Brasil. felipecesario96@gmail.com

Graduando em Engenharia Civil na Autarquia do Ensino Superior de Garanhuns. Técnico em eletroeletrônica pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco (IFPE) - (2019). Atualmente, desenvolve pesquisas relacionadas a análises numéricas de estruturas utilizando o método dos elementos finitos (MEF).    

Kaike Manoel Barros do Nascimento, Autarquia do Ensino Superior de Garanhuns - (AESGA), Garanhuns, Pernambuco, Brasil. kaikebarros@aesga.edu.br

Graduado em Engenharia Civil na Universidade do Vale do Ipojuca (UniFavip Devry). É Professor efetivo da AUTARQUIA DE ENSINO SUPERIOR DE GARANHUNS - AESGA no curso de Engenharia Civil locado no departamento de estruturas e fundações. É também Engenheiro Civil efetivo do corpo técnico da Defesa Civil - Palmares na AMDESTRAN. Tem mestrado em Engenharia de Estruturas pelo programa e Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental (PPGECAM) da Universidade Federal de Pernambuco UFPE - CAA Linha de pesquisa: Análise Estrutural.  Doutorando em Engenharia Civil pelo O Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (PPGEC) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Tem experiência com projetos e otimização de estruturas. Pós-Graduado em Engenharia de Segurança do Trabalho (Especialista) pela Faculdade Integrada de Patos da Paraíba PÓS-FIP. Atua como perito na área de construção civil e laudos técnicos.

Renan Gustavo Pacheco Soares , Autarquia do Ensino Superior de Garanhuns - (AESGA), Garanhuns, Pernambuco, Brasil. renangustavo@aesga.edu.br

Doutor em Engenharia Civil (Estruturas) pela Universidade Federal de Pernambuco - UFPE-CTG (2023). Mestre em Engenharia Civil e Ambiental (Estruturas e Materiais) pela Universidade Federal de Pernambuco - UFPE-CAA (2017). Especialista em Ensino de Matemática pela Universidade de Pernambuco - UPE (2011). Graduado em Engenharia Civil pela Autarquia do Ensino Superior de Garanhuns - AESGA (2015) e em Matemática pela Universidade de Pernambuco - UPE (2009). Professor efetivo da Autarquia do Ensino Superior de Garanhuns (AESGA), atuando na linha de teoria das estruturas e estabilidade das construções, estruturas de aço e madeira. Linha de pesquisa: Análise Estrutural, Análise Numérica, Método dos Elementos Finitos e Patologia das Construções. Tem experiência na área de Análise de Estruturas, Manifestações Patológicas em Estruturas de Concreto, Alvenarias e Racionalização de Projetos de Estruturas em Concreto Armado.

Jessyca Priscylla de Almeida Nunes Fernandes, Autarquia do Ensino Superior de Garanhuns - (AESGA), Garanhuns, Pernambuco, Brasil. jessycanunes@aesga.edu.br

Graduada em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Pernambuco, Campus Agreste (UFPE-CAA). Mestrado em Engenharia Civil e Ambiental, com ênfase em Estruturas e Materiais, pela Universidade Federal de Pernambuco/Centro Acadêmico do Agreste (2015). Atualmente é Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, área de estruturas, pela UFPE. Foi Professora Substituta da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), vinculado ao Núcleo de Tecnologia (NT) do Centro Acadêmico do Agreste (CAA) de 2015.2 até 2017.1. É professora do curso de Engenharia Civil e do Curso de Arquitetura da Autarquia de Ensino Superior de Garanhuns (AESGA). Atualmente é Coordenadora do Curso de Engenharia Civil da Autarquia de Ensino Superior de Garanhuns (AESGA).

References

ABDALLA, J.A.HAWILEH, R.A.MHANNA, H.H. Shear Strengthening of Reinforced Concrete Beams Using CFRP Wraps. Procedia Structural Integrity. Vol. 17, 2019, 214-221 p.

ALLAWI, A.A. JASIM, W.A. OUKAILI, N.K . Strength compensation of deep beams with large web openings using carbon fiber–reinforced polymer sheets. Advances in Structural Engineering. Vol. 24, n. 1, 2021, 165–182 p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto — Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.

BAROUR, S. BOUZIADI, F. DEMERDASH, W.E.E. KALOOP, M.R. ZERGUA, A. Nonlinear Numerical and Analytical Assessment of the Shear Strength of RC and SFRC Beams Externally Strengthened with CFRP Sheets. Hindawi

Advances in Civil Engineering. Vol. 22, 2022, 17p.

CARNEIRO, A.M.P. MELO, J.J. OLIVEIRA, R.A RODRIGUES, G.G.O. SOARES, R.G.P. Análise numérica via elementos finitos em vigas de concreto armado quando submetidas a descontinuidades não previstas na etapa de projeto. Brazilian Journal of Development. Vol. 7, n. 2, 2021. 20445-20461 p.

CAVALCANTE, J R,D. LIMA, Y O. UCHÔA, B.C.L. . Método para reforço de viga submetida à flexão por colagem externa de compósitos reforçados com fibras de carbono. REEC - Revista Eletrônica de Engenharia Civil, Goiânia, v. 18, n. 2, p. 29–45, 2022. DOI: 10.5216/reec.v18i2.68761. Disponível em: https://revistas.ufg.br/reec/article/view/68761. Acesso em: 8 jun. 2023

DUARTE., I.O. FORTI, N.C.S. FUGIYAMA , M.M. JACINTHO, A.E.P.G.A. PIMENTEL, L ,L. SANTOS, J.D. Estudos numérico-experimentais de vigas de concreto armado com reforço de fibra de carbono. Revista matéria. 2021. Vol. 24, N.4, 16 p.

Grupo Shimz. Site Oficial. Disponível em: <https://www.shimz.co.jp/en/company/about/news-release/2018/2018004.html. Acesso em 14 de julho de 2023.

KAREEM, A.H.A Finite element analysis of reinforced concrete beams with opening strengthened using FRP. Advances in Concrete Construction, Vol. 2, n. 4, 2014, 281-300 p.

PIVATTO, A. B . Análise experimental e computacional de vigas biapoiadas de concreto armado reforçadas à flexão com crfc. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, PPGEC, Curitiba, PR, 2017, 229 p.

SILVA, R.J.C .PONTES, A.E.A. SILVA, R.F. Análise Experimental de Vigas de Concreto Armado com Furos na Vertical. Revista Sul-americana de Engenharia Estrutural, 2016. Vol. 13, 21-41 p.

SILVA. A. S. C. Análise de vigas de concreto armado reforçadas à flexão e ao cisalhamento com fibras de carbono: abordagem teórica e computacional. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal da Bahia, PPEE, Salvador, BA, 2016, 220 p.

SOARES. R.G.P. Análise dos fatores intervenientes da fissuração de placa de piso de concreto apoiada sobre lajes de concreto armado. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Pernambuco, PPGCAM, Caruaru, PE, 2017, 104 p.

Downloads

Published

2023-12-28

How to Cite

CESARIO DE OLIVEIRA, F.; BARROS DO NASCIMENTO, K. M.; PACHECO SOARES , R. G.; DE ALMEIDA NUNES FERNANDES, J. P. Use of carbon fiber reinforced composite in reinforced concrete beam subjected to unplanned discontinuity: reinforcement and finite element numerical analysis . REEC - Revista Eletrônica de Engenharia Civil, Goiânia, v. 19, n. 2, p. 65–79, 2023. DOI: 10.5216/reec.v19i2.76850. Disponível em: https://revistas.ufg.br/reec/article/view/76850. Acesso em: 18 may. 2024.

Issue

Vol. 19 No. 2 (2023): [REEC] Revista Eletrônica de Engenharia Civil - Vol. 19, n° 2, 2023

Section

Estruturas

License

Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos: Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.