Reinforced Concrete Beam with Openings Strengthened using CFRP Sheet

Stevanus, Win Win and Dr. Noorwirdawati Binti Ali (2024) Reinforced Concrete Beam with Openings Strengthened using CFRP Sheet. Sarjana thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Beton bertulang banyak digunakan dalam bangunan, seperti kolom, balok, dan pelat. Akhir-akhir ini, penggunaan balok beton bertulang dengan bukaan mulai sering digunakan atas dasar permintaan dari pemilik gedung untuk menyediakan utilitas dan persyaratan arsitektural. Berdasarkan penelitian sebelumnya, balok beton bertulang dengan bukaan dapat mengurangi kekakuan pada sekitar bukaan, mengurangi kekuatan, dan mengubah pola keruntuhan pada balok tersebut. Kegagalan dari balok beton bertulang dengan bukaan biasanya terjadi di sekitar bukaan tersebut. Oleh karena itu, perkuatan pada sekitar bukaan diperlukan untuk meningkatkan kekuatan pada balok. Banyak opsi yang dapat digunakan untuk perkuatan balok. Pada penelitian ini, digunakan Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) sheets. CFRP adalah suatu material komposit yang terdiri dari karbon fiber dengan resin untuk membentuk suatu material yang memiliki performa yang lebih baik dibandingkan material terpisah masing-masing. CFRP sheet memiliki keunggulan dibandingkan dengan beton baja bertulang yang masih digunakan, seperti durabilitas dan reabilitas dari material. Penelitian ini bertujuan untuk memastikan pola keruntuhan dari balok beton bertulang dengan menggunakan Software Finite Element Modelling untuk beberapa kasus, seperti balok beton bertulang tanpa bukaan, balok beton bertulang dengan satu bukaan, balok beton bertulang dengan dua bukaan, balok beton bertulang dengan satu bukaan diperkuat dengan CFRP sheet, dan balok beton bertulang dengan dua bukaan diperkuat dengan CFRP sheets. Metode elemen hingga digunakan pada penelitian kali ini menggunakan software ABAQUS dan divalidasi menggunakan hasil eksperimen. Dari penelitian ini, spesimen balok yang diperkuat dengan CFRP sheet mengalami peningkatan beban ultimat dibandingkan dengan spesimen yang tidak diperkuat dengan CFRP sheet. Kekuatan balok dengan satu bukaan lingkaran yang diperkuat dengan CFRP sheet meningkat sebesar 16,00%, sedangkan kekuatan balok dengan dua bukaan meningkat sebesar 35.00%. Pola keruntuhan untuk spesimen balok tanpa bukaan terkonsentrasi pada bentang tengah dari balok dengan keruntuhan flexural, sedangkan untuk spesimen balok lainnya mengalami keruntuhan geser. Hasil kurva beban-lendutan pada metode elemen hingga jauh lebih tinggi daripada hasil eksperimental. Perbedaan beban ultimat pada metode elemen hingga dan eksperimental berkisar antara 2.94% hingga 9.87%. Banyak faktor dan kondisi yang tidak dipertimbangkan pada penelitian ini, sebagai contoh lem epoksi pada CFRP sheet dan waktu inkrementasi beban pada ABAQUS diatur selama 10 detik sedangkan pada penelitian membutuhkan waktu beberapa menit.

English Abstract

Reinforced concrete is widely used in numerous parts of buildings, like columns, beams, and slabs. The material contains concrete that provides great compression strength, while steel reinforcement embedded in concrete has great tension strength. Recently, reinforced concrete beams with openings have been increasingly used worldwide due to the request of the building’s owner to provide utilities and architectural requirements. Based on previous research, reinforced concrete beams with openings reduce the stiffness around the openings, reduce the strength, and may change the beam's failure pattern. These failures of reinforced concrete beams with openings mainly located around the openings. Therefore, strengthening around the opening is required to increase the strength of the beam. Many options can be used to strengthen beams. In this study, Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) sheets are chosen. CFRP are composite materials that consist of carbon fiber with a resin to create material with higher performance properties than each separated material. CFRP is a type of reinforcement that has several applications in industries, for example, strengthening reinforced concrete structures. CFRP sheet provides superiority compared to steel-reinforced concrete that is still used, such as durability and reliability of the materials. This research objected to acknowledging the pattern of failure of reinforced concrete beams using finite element modeling software in some cases, like reinforced concrete beams without any opening, reinforced concrete beams with one circular opening in the shear zone without any strengthening, reinforced concrete beams with two circular openings in the shear zone without any strengthening, reinforced concrete beams with one circular opening strengthened using CFRP sheet, and reinforced concrete beams with two circular openings strengthened using CFRP sheets. Finite Element Method (FEM) is used in this study by ABAQUS software and validated with experimental results. From this study, the beam with a circular opening strengthened using CFRP has an increase of 16.00%, and the beam with 2 openings is increasing by 35.00%. The crack pattern of the beam without an opening is concentrated in the mid-span of the beam with a flexural failure, while the other specimen has a shear failure within circular openings. Significant improvements in ultimate load conclude that using CFRP sheets to strengthen beams with circular openings is suitable. The results of the load-deflection profile calculated by Finite Element Modeling are much higher than the experimental results. The differences in ultimate load results of the Finite Element Method and Experimental ranged from 2.94% to 9.87%. Some factors and conditions are not considered in this study, for example, the epoxy bonding of CFRP sheet and the time of increment load in ABAQUS are set to be 10 seconds, while in the experiment are several minutes.

Item Type:	Thesis (Sarjana)
Identification Number:	0524070167
Uncontrolled Keywords:	Balok RC, Bukaan, Lembaran CFRP, CFRP komposit, Finite Element Analysis (FEA), Finite Element Modelling (FEM), ABAQUS
Divisions:	Fakultas Teknik > Teknik Sipil
Depositing User:	Unnamed user with username nova
Date Deposited:	24 Jun 2024 04:51
Last Modified:	24 Jun 2024 04:51
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/221781

Text (DALAM MASA EMBARGO) WIN WIN STEVANUS.pdf Restricted to Registered users only Download (5MB)

Actions (login required)

View Item