Valutazione numerica e sperimentale della capacità portante di travi in calcestruzzo armato con rinforzi esterni in tessuto di carbonio

This thesis describes the results of theoretical and experimental investigation on mechanical behavior of RC beams reinforced with CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) tissues. Attention has focused on the theoretical modeling of a CFRP flexural-strengthened RC beam tested in a four point bending configuration. Nonlinear numerical analyses have been developed with the aim of detecting the mechanical behavior of the beams recorded experimentally. The first numerical procedure has been developed in MATLAB ® and adopts an unconventional approach, which considers the displacements occurring at the interface between concrete and reinforcement. The finite element procedure, performed with the software ABAQUS 6.10-1, has allowed to develop three-dimensional nonlinear analyses, implementing a elasto-plastic damage model for the concrete, an elasto-plastic model for the steel and a linear elastic model for the fibers and the adhesives forming the reinforcement. The attention has been paid to the theoretical-experimental comparison in terms of load- vertical mid displacement and deformations of the reinforcement in CFRP recorded through strain gauges.

Nel presente lavoro di tesi vengono descritti i risultati di un’indagine teorico-sperimentale sul comportamento meccanico di travi in c.a. rinforzate con nastri in CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer). L’attenzione si è concentrata sulla modellazione teorica di una trave in c.a. rinforzata a flessione con tessuti in fibra di carbonio unidirezionale sottoposta a prova di flessione su quattro punti. Sono state sviluppate analisi numeriche non lineari con lo scopo di simulare il comportamento meccanico delle travi registrato sperimentalmente. La prima procedura numerica è stata sviluppata in ambiente MATLAB® e implementa un approccio non convenzionale, che tiene conto degli scorrimenti all’interfaccia calcestruzzo-rinforzo. La procedura ad elementi finiti, eseguita con software ABAQUS 6.10-1, ha invece permesso di sviluppare un’analisi tridimensionale non lineare, implementando un modello elasto-plastico a danno per il calcestruzzo, un modello elasto-plastico per l'acciaio ed un modello elastico lineare per le fibre e gli adesivi costituenti il rinforzo. L’attenzione è stata posta al confronto teorico-sperimentale in termini di carico-spostamento verticale in mezzaria e di deformazioni del rinforzo in CFRP registrate attraverso gli strain gauges.