Fibre Reinforced Polymer (FRP) Reinforcement in Compression : Design of short and slender FRP reinforced Concrete Columns considering long-term Material Behaviour

The application of Fibre Reinforced Polymer (FRP) reinforcements in structural concrete, particu-larly for retrofitting purposes, has been steadily increasing. Due to their excellent durability properties, FRP reinforcement is particularly suited for environmentally exposed structures. However, the mechanical properties of FRP reinforcement in compression and the resulting behaviour of concrete members reinforced with FRP in compression, remain unresolved. This thesis develops an experimental method for the determination of the compressive strength and elastic modulus of FRP reinforcement. Using this method, experimental investigations are conducted to characterise the short-term compressive properties of FRP reinforcement bars. Additionally, the long-term interaction between FRP reinforcement and concrete under sustained com-pressive loading is explored experimentally. A comprehensive parameter study, employing a nonlinear method, examines the load-bearing and deformation behaviour of slender concrete members reinforced with FRP in compression. Based on these results, a practical model for the determination of second-order deflections is proposed that accounts for long-term material properties. Finally, reliability analyses of FRP reinforced concrete members in compression are performed, leading to recommendations for partial safety factors regarding FRP compressive strength and elastic modulus.

Der Einsatz von Bewehrung aus Faserverbundkunststoffen (FVK) im konstruktiven Betonbau, insbesondere im Bereich der Bauwerksinstandsetzung, nimmt stetig zu. Aufgrund der vorteilhaften Dauerhaftigkeitseigenschaften eignet sich FVK-Bewehrung besonders für den Einsatz in stark umweltexponierten Bauwerken. Ungeklärt ist derzeit die Frage nach den mechanischen Eigenschaften derartiger Bewehrung unter Druckbeanspruchung sowie das daraus resultierende Verhalten druckbeanspruchter Betonbauteile mit FVK-Bewehrung. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines geeigneten Verfahrens zur experimentellen Bestimmung der Druckfestigkeit und des Elastizitätsmoduls von FVK-Bewehrung. Basierend auf diesem Prüfverfahren werden experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung der Materialeigenschaften stabförmiger FVK-Bewehrung unter kurzzeitiger Druckbeanspruchung durchgeführt. Darüber hinaus wird in einem groß angelegten Versuchsprogramm die Interaktion der Langzeiteigenschaften von Beton und FVK-Bewehrung unter Druckbeanspruchung experimentell untersucht. Mithilfe eines nichtlinearen Berechnungsverfahrens wird anschließend eine umfangreiche Parameterstudie zum Trag- und Verformungsverhalten schlanker Betondruckgliedern mit FVK-Bewehrung durchgeführt. Aufbauend auf den Berechnungsergebnissen wird ein praxistaugliches Modell zur Bestimmung von Verformungen nach Theorie zweiter Ordnung unter Berücksichtigung der langzeitigen Materialeigenschaften vorgeschlagen. Untersuchungen zur Zuverlässigkeit von FVK-bewehrten Betonbauteilen unter Druckbeanspruchung resultieren in geeigneten Teilsicherheitsbeiwerten für die Druckfestigkeit sowie den Elastizitätsmodul der FVK-Bewehrung.