Tension-stiffening model for FRP-strenghened RC concrete two-way slabs

The main focus of this paper is to present a tension-stiffening model that is suitable for finite element analysis (FEA) aimed at investigating the effect of FRP strengthening on the tensile behaviour of concrete slabs. Available experimental results of the FRP-strengthened reinforced concrete slabs are used to calibrate the finite element model based on the ultimate load carrying capacity of the two-way slabs. The proposed tension-stiffening model is implemented into the constitutive concrete model defined in a general-purpose finite element code. Reinforced concrete behaviour in tension can signifcantly be changed due to strengthening. An overall increase in the post-peak stiffness based on the tensile stress-strain relationship is observed. A simplified bilinear model is introduced to define the behaviour of the FRP-strengthened concrete in tension. An expression of the fracture energy density is introduced to define the area under the concrete tensile stress-strain relationship. The tensile stress-strain relationship of concrete is referred to as the tension-stiffening model. It is shown numerically that the ultimate load capacity of two-way slab specimens is sensitive to the fracture energy density. Hence, a distinction has to be made between the definitions of the tension-stiffening model of FRP-strengthened and un-strengthened concrete. This distinction is the focus of this paper.

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Résumé L'objectif principal de cet article est de présenter un modèle approprié de raidissement en traction pour l'analyse d'éléments finis (AEF). L'analyse est destinée pour l'étude de l'effet du renforcement en polymère renforcé de fibres (PRF) sur le comportement en traction des dalles en béton armé. Les résultats expérimentaux des dalles renforcées sont employés pour calibrer le modèle d'éléments finis basés sur la capacité ultime des dalles bidirectionnelle. Le modèle de raidissement en traction proposé, est appliqué dans un code général d'élément finis. Le comportement du béton armé renforcé en traction peut être changé d'une manière significative due au renforcement. On observe une augmentation en tension de la rigidité du poteau crête basée sur la relation contrainte-déformation. Un modèle bilinéaire simplifié est présenté pour définir le comportement du béton renforcé de PRF en traction. Une expression de la densité d'énergie de rupture est présentée pour définir l'aire sous la courbe contrainte-déformation. La relation contrainte-déformation du béton en tension est appelée modèle raidissement en traction. On montre numériquement que la capacité de la charge ultime de spécimens bi-directionnels de dalle est affectée par densité d'énergie de rupture. Par conséquent, une distinction doit être faite entre les définitions du modèle raidissement en traction du béton renforcé de PRF est béton non renforcé. Cette distinction est l'objet de cet article.