STRENGTHENING TO SEISMIC ACTION OF REINFORCED CONCRETE COLUMNS WITH RECTANGULAR CROSS-SECTION REFORÇO À ACÇÃO SÍSMICA DE PILARES DE BETÃO ARMADO DE SECÇÃO RECTANGULAR

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Mestre em Engenharia de Estruturas

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Tese para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Civil

Especialidade de Estruturas

Orientador: Carlos Manuel Chastre Rodrigues Professor Auxiliar, FCT/UNL

Júri:

Presidente: Doutor Pedro Manuel Corrêa Calvente Barahona Arguentes: Doutor Humberto Salazar Amorim Varum

Doutor Eduardo Nuno Brito Santos Júlio

Vogais: Doutor Válter José da Guia Lúcio

Doutor Carlos Manuel Chastre Rodrigues

Doutor Hugo Emanuel Charrinho da Costa Biscaia

Doutora Ana Rita Faria Conceição de Sousa Gião Gamito Reis

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Mestre em Engenharia de Estruturas

-Tese para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Civil

Especialidade de Estruturas

Orientador: Carlos Manuel Chastre Rodrigues

Professor Auxiliar, FCT/UNL

Júri:

Presidente:

Doutor Pedro Manuel Corrêa Calvente Barahona, Professor Catedrático da Faculdade de Ciências e Técnologia da Universidade Nova de Lisboa

Arguentes:

Doutor Humberto Salazar Amorim Varum, Professor Catedrático da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Doutor Eduardo Nuno Brito Santos Júlio, Professor Catedrático do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa

Vogais:

Doutor Válter José da Guia Lúcio, Professor Associado da Faculdade de Ciências e Técnologia da Universidade Nova de Lisboa

Doutor Carlos Manuel Chastre Rodrigues, Professor Auxiliar da Faculdade de Ciências e Técnologia da Universidade Nova de Lisboa

Doutor Hugo Emanuel Charrinho da Costa Biscaia, Professor Auxiliar Convidado da Faculdade de Ciências e Técnologia da Universidade Nova de Lisboa

Doutora Ana Rita Faria Conceição de Sousa Gião Gamito Reis, Assistente de 2º Triénio do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa do Instituto Politécnico de Lisboa

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Chastre & Silva Toutanji Teng et al. Spoelstra & Monti Fam & Rizkalla Samaan et al. Saafi et al. Mirmiran & Shahawy Toutanji revised Força axial - Nc(kN)

Extensão axial Extensão lateral

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

-0.010 -0.005 0.000 0.005 0.010

Extensão volumetrica Força axial - Nc(kN)

expansão contracção

(34)

O

,K,K P C %! * N K19 , $

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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Test

Chastre & Silva Toutanji Teng et al. Spoelstra & Monti Fam & Rizkalla Samaan et al. Saafi et al. Mirmiran & Shahawy Toutanji revised Axial load - Nc(kN)

Extensão axial Extensão lateral 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

-0.012 -0.008 -0.004 0.000 0.004 0.008

Extensão volumétrica Axial load - Nc(kN)

expansão contracção 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Test

Chastre & Silva Toutanji Teng et al. Spoelstra & Monti Fam & Rizkalla Samaan et al. Saafi et al. Mirmiran & Shahawy Toutanji revised Força axial - Nc(kN)

Extensão axial Extensão lateral 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

-0.015 -0.010 -0.005 0.000 0.005

Extensão volumétrica Força axial - Nc(kN)

expansão contracção Ø78@

(35)

C

M

59 !

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0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800

-1.5% -1.0% -0.5% 0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0%

Extensão axial Força axial (kN)

experimental analytical

Extensão Lateral

QR1C2 QR2C2 QR3C3

(36)

:

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BK99MD,

,L,L P * O-:%O-: 0/-%0/- K _$

C N C %! * , 7 %!

C BK99MD,

0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000

-1.5% -1.0% -0.5% 0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5%

Extensão lateral

E3 R/B = 0.094

2.5 CFRP layers

0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000

-1.5% -1.0% -0.5% 0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5%

Extensão lateral

R/B=0.047 5 CFRP layers R/B=0.033 8 CFRP layers

G2

(37)

C

0

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

-2.0% -1.5% -1.0% -0.5% 0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0%

Test

Manfredi & Realfonzo Wu et al.

Campione & Miraglia Faustino & Chastre et al. Lam & Teng

Pellegrino & Modena

Força axial - Nc(kN)

Specimen QR2C2

(38)

/9

,-,K P C %! * N ! /1-%/1- K_N

CRL: K C

,-,L P C %! * N ! LK-%LK- K_N

CRL9 L C

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

-2.0% -1.5% -1.0% -0.5% 0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%

Test

Pellegrino & Modena

Specimen QR3C3

(Paula 2003) square: 154 x 154 mm2 2 CFRP plies R=38 mm

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500

-1.5% -1.0% -0.5% 0.0% 0.5% 1.0% 1.5%

Test

Pellegrino & Modena

Specimen E3

(39)

C

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CRL9 : C

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CR/K K C

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

-1.5% -1.0% -0.5% 0.0% 0.5% 1.0% 1.5%

Test

Pellegrino & Modena

Specimen G2

(Rocca 2007) square: 914 x 914 mm2 8 CFRP plies R=30 mm

0 500 1000 1500 2000 2500

-3.0% -2.0% -1.0% 0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0%

Test

Pellegrino & Modena

Specimen S2H2L2

(40)

/K

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Test

Pellegrino & Modena

Specimen S1H1L3

(Wang et al. 2012) square: 305 x 305 mm2 3 CFRP plies R=18 mm

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

-2.0% -1.5% -1.0% -0.5% 0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%

Test

Pellegrino & Modena

Specimen C34

(41)

C

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(44)

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-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

deslocamento relativo (%)

F o rç a l a te ra l (k N ) deslocamento (mm)

P11ref

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

P12 conf

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

F o rç a l a te ra l (k N ) deslocamento (mm) P13 conf_2

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

F o rç a l a te ra l (k N ) deslocamento (mm) P14 rm_conf

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

F ro ça l a te ra l (k N ) deslocamento (mm) P17 ss_rpl

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

(46)

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-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

P11ref

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

P12 conf

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

F o rç a L a te ra l (k N ) deslocamento (mm) P15 ss_conf

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

F o rç a l a te ra l (k N ) deslocamento (mm) P16 cfrp_conf

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

F o rç a L a te ra l (k N ) deslocamento (mm) P17 ss_rpl

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150

(48)

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F o rç a L a te ra l (k N ) deslocamento (mm) test P11 P11 dist. inelastic P11 plastic hinge

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 drift ratio (%)

F o rç a L a te ra l (k N ) deslocamento (mm) test P12conf P12 dist. inelastic P12 plastic hinge

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 drift ratio(%)

F o rç a L a te ra l (k N ) deslocamento (mm) test P14rm_conf P14 dist. inelastic P14 plastic hinge

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 drift ratio(%)

F o rç a L a te ra l (k N ) deslocamento (mm) test P15ss_conf P15 dist. inelastic P15 plastic hinge

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 drift ratio(%)

F o rç a L a te ra l (k N ) deslocamento (mm) test P16cfrp_conf P16 dist. inelastic P16 plastic hinge

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 drift ratio(%)

(49)

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Volumetric strain Axial load - Nc(kN)

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