Lap splices in reinforced concrete elements : a parametric numerical analysis based on literature data

The increasing population of the world requires an increase in the capacity of the structures to accommodate them. The most practical way to deal with this problem is the re-use of the existing buildings with enough rehabilitation in order to meet the required performance. Moreover, such an approach is sustainable since it minimizes the use of resources. But in situations where rehabilitation of an already existing building is not the only viable option and the demand of capacity succeeds the capacity provided by the building, a more efficient way of accommodating this increasing population is the extension of the already existing and in-use structures. This extension leads to an interaction between the already existing structure from several years and a newly constructed structure, more precisely the connection between the steel bars of the two structures. Retrofitting, the process of providing seismic resistance to the buildings, is also an example to have a possible connection between existing and new steel bars. The splice connection between an existing and a new steel bar is sometimes inevitable in these circumstances. Thus, the focus of this thesis is to investigate the parameters that influence the structural behavior of the splice and predict the structural behavior of new to existing splice connections in a designed beam specimen without any actual experimental results. First chapter discusses the introduction to the thesis and main objectives to perform the study. Second chapter deals with the literature review regarding the anchorage, splice-laps, bond stresses, slips, mechanism, and a comparative study between different codes i.e. fib Model Code, 2010, ACI 318-19, EN 1992-1-1, is made. Third chapter proposes the design for the experimental test, considering the existing to new splice-connection, that will be carried out in the future. Fourth chapter describes the numerical modelling phase. Parametric analysis including compressive and tensile strength, fracture energy and bond slip law is performed followed by the calibration of experimental results from the literature. Predictive analysis is performed using the understanding assembled from the parametric study and calibration phase. Fifth chapter explains the conclusions and the recommendations made for further studies. The correlation between ultimate load and maximum deflection through 2D plane stress finite element analysis is the under-observation output of the numerical simulations. Ultimately, the main subject beam is analyzed and a prediction of the structural behavior of the lap connection between a new and existing bar properties is made. From the parametric analysis, it was found that bond-slip law and tensile strength of concrete have a significant effect on the splice behavior. Moreover, the predictive analysis showed that the load carrying capacity of existing to new splice connection is 87% of the new to new lap splice connection with the only difference in parameters being the choice of bond-slip law for existing and new steel bars based on the literature work done on existing bars.

La crescente popolazione del mondo richiede un aumento della capacità delle strutture di accoglierle. Il modo più pratico per affrontare questo problema è il riutilizzo degli edifici esistenti con sufficiente riabilitazione per soddisfare le prestazioni richieste. Inoltre, tale approccio è sostenibile in quanto riduce al minimo l'uso delle risorse. Ma in situazioni in cui il ripristino di un edificio già esistente non è l'unica opzione praticabile e la domanda di capacità ha successo rispetto alla capacità fornita dall'edificio, un modo più efficiente di accogliere questa popolazione in aumento è l'estensione delle strutture già esistenti e in uso . Questa estensione porta a un'interazione tra la struttura già esistente da diversi anni e una struttura di nuova costruzione, più precisamente la connessione tra le barre di acciaio delle due strutture. Il retrofitting, il processo di fornitura di resistenza sismica agli edifici, è anche un esempio per avere una possibile connessione tra barre di acciaio esistenti e nuove. La connessione di giunzione tra una barra d'acciaio esistente e una nuova è talvolta inevitabile in queste circostanze. Pertanto, l'obiettivo di questa tesi è di studiare i parametri che influenzano il comportamento strutturale della giunzione e prevedere il comportamento strutturale delle connessioni di giunzione nuove a quelle esistenti in un campione di fascio progettato senza alcun risultato sperimentale reale. Il primo capitolo tratta dell'introduzione della tesi e dei principali obiettivi per eseguire lo studio. Il secondo capitolo tratta della revisione della letteratura riguardante l'ancoraggio, i giunti, le sollecitazioni, gli slittamenti, il meccanismo e uno studio comparativo tra codici diversi, ad esempio fib Model Code, 2010, ACI 318-19, EN 1992-1-1, . Il terzo capitolo propone la progettazione del test sperimentale, considerando la connessione esistente alla nuova giunzione, che verrà effettuata in futuro. Il quarto capitolo descrive la fase di modellazione numerica.Viene eseguita l'analisi parametrica che include la resistenza alla compressione e alla trazione, l'energia della frattura e la legge di slittamento del legame seguita dalla calibrazione dei risultati sperimentali dalla letteratura. L'analisi predittiva viene eseguita utilizzando la comprensione assemblata dalla fase di studio e calibrazione parametrica. Il quinto capitolo spiega le conclusioni e le raccomandazioni formulate per ulteriori studi. La correlazione tra carico finale e massima deflessione attraverso l'analisi degli elementi finiti della sollecitazione del piano 2D è l'output sotto osservazione delle simulazioni numeriche. Alla fine, viene analizzato il raggio del soggetto principale e viene fatta una previsione del comportamento strutturale della connessione del giro tra le proprietà di una barra nuova ed esistente. Dall'analisi parametrica, è emerso che la legge antiscivolo e la resistenza alla trazione del calcestruzzo hanno un effetto significativo sul comportamento della giunzione. Inoltre, l'analisi predittiva ha mostrato che la capacità di carico della connessione esistente a nuova giunzione è pari all'87% della connessione giunta nuova a nuova, con l'unica differenza di parametri che consiste nella scelta della legge di bond-slip per barre di acciaio esistenti e nuove basate su il lavoro di letteratura svolto su barre esistenti.