Experimental study on improving local buckling behavior of steel plates strengthened with glass fiber reinforced polymers

Abstract

Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) applications becoming one of the most efficient strengthening methods to improve mechanical properties of previously built steel structures. In strengthening applications FRP materials generally used in web or flange sections of steel members to provide a bracing against local buckling. By the help of their easy application and their tailorable mechanical properties, FRPs provide various options for selecting the most suitable FRP material for applications.This study focuses on using GFRP to enhance the buckling behavior of GFRP strengthened steel plates under axial loading. For that purpose, a detailed experimental study program has been followed revealing mechanical properties of GFRP material, steel and interaction between steel-GFRP. Previous studies showed that the surface bond between GFRP and steel section as the weakest link of the structure. As a result of this, various epoxies, surface preparation primers, surface treatments are used to produce Lap-Shear specimens to provide most efficient surface interaction between GFRP and steel. Results of these experiments provided us data to decide most suitable surface treatment, surface primer and epoxy combination in the GFRP Strengthened Steel Plate Tests with the ability to in-situ application.350x200x20 mm steel plates are strengthened with various thickness (2, 4 and 16 layers) and surface areas (80mm x 300mm, 160 x 300mm) of GFRP to compare the stabilization in buckling values with bare steel plates. Plates are strengthened with GFRP on both sides and they are tested in compression testing equipment. LVDTs are used to collect axial and lateral buckling while strain-gauges attached to both composite and steel surfaces collect strain data. Plastic buckling results of axially loaded steel plates strengthened with GFRP material showed that application of GFRP provides enhancement to the plastic buckling of steel plates.

Cam Elyafla Güçlendirilmiş Polimerlerin (CEGP) eski çelik yapıların kuvvetlendirilmesinde uygulanması günümüzün en etkin güçlendirme metotlarından bir tanesi haline gelmiştir. CEGP malzemelerin çelik yapılara uygulandığı güçlendirme uygulamalarında, polimer malzeme genel olarak gövde ve/veya başlık bölgelerine uygulanarak mevzi burkulmalara bir takviye sağlar. Uygulamalarındaki kolaylık ve değişken mekanik özellikleri, uygulamalarda en uygun CEGP malzeme seçiminde çok sayıda alternatif sağlamasına yol açar.Bu çalışmada, CEGP uygulamasıyla güçlendirilmiş çelik plakaların eksenel yük altındaki burkulma davranışlarının geliştirilmesine çalışılmıştır. Bu amaçla, CEGP malzemenin, çelik malzemenin ve CEGP-Çelik yüzey etkileşiminin mekanik özelliklerini ortaya çıkarmak için detaylı bir deneysel çalışma programı izlenmiştir. Önceki yapılmış çalışmalar, CEGP-Çelik etkileşiminin yapıdaki en zayıf bölge olduğunu göstermiştir . Bu nedenle, değişik epoksiler, yüzey hazırlama metotları ve yüzey astarlarıyla hazırlanan Yüzey-Kesme numuneleri test edilmiş olup, güçlendirme uygulamasında bize en yüksek CEGP-Çelik yüzey etkileşimini sağlayabilecek değerleri bulmak amaçlanmıştır. Elde edilen testlerin sonuçları sayesinde, saha uygulamasına olanak verecek şekilde en uygun CEGP-Çelik uygulama kombinasyonu elde edilmiş olup, CEGP ile güçlendirilmiş Çelik Plaka testlerinde bu kombinasyon kullanılmıştır.350x200x20 mm Boyutlarında çelik plakalar değişken kalınlık (2, 4 ve 16 katman) ve yüzey alanlarında ( 80 x 300 ve 160x300 mm) CEGP ile güçlendirilmiş olup, CEGP?siz çelik plaka testleri ile burkulmanın stabilizasyonu değerleri karşılaştırılmıştır.. Çelik plakaların iki yüzü de güçlendirilmiş olup, plakalar basınç presinde test edilmiştir. Test sırasında LVDTler eksenel ve yatay burkulma değerlerini ölçerken, kompozit ve çelik yüzeylere yerleştirilmiş gerinim pullarıyla gerilme değerleri toplanmıştır. CEGP ile kuvvetlendirilmiş çelik plakaların eksenel yüklenmesiyle elde edilen plastik burkulma sonuçları, CEGP ile çelik plakaların plastik burkulmalarında kapasite artışı sağladığını göstermiştir.