Compressive response of concrete columns under service conditions strengthened by confining devices: from the local to the global behavior.

Strengthening of existing concrete columns with Fiber Reinforced Polymers (FRP) or Steel Jacketing results generally in a satisfactory structural member improvement in terms of load and strain capacity. A reliable prediction of the capacity obtained by these reinforcement strategies requests a proper knowledge of the load-strain response of the confined concrete elements. However, so far, the available design methods and technical codes do not consider the effect of the possible presence of service loads at the moment of application of the reinforcement, and therefore, the compressive behavior of the confined concrete under preload is still unclear. The goal of the present thesis is to identify the efficiency of the confinement action in terms of strength and deformational capacity of concrete columns subjected to different preloading levels and strengthened with FRP or Steel Jacketing. First, an overview of the state of the art is discussed before proposing a strategy research including experimental investigations in both cases of FRP and Steel confined medium scale concrete columns subjected to different preload levels. Then, the formulation of FE models to reproduce the physical process of the confined concrete after reinforcement previously interested by a fixed stress/strain state is defined comparing the numerical results with the experimental data. Further, analytical formulations supporting the prediction of the actual load-bearing capacity are developed on the basis of the experimental-numerical observations.

Il rinforzo di colonne in calcestruzzo armato tramite materiali polimerici fibrorinforzati (FRP) o tramite incamiciature in acciaio conferisce agli elementi strutturali degli edifici esistenti un elevato incremento di capacità portante e deformativa grazie alle proprietà dei materiali che svolgono la funzione di confinamento. Conoscere adeguatamente le proprietà meccaniche degli elementi in calcestruzzo confinato risulta di fondamentale importanza nell’ambito di un progetto di sistemi di rinforzo strutturale. Tuttavia, le normative attualmente vigenti non forniscono prescrizioni su come tenere in considerazione la presenza dei carichi di esercizio sugli elementi strutturali al momento dell’applicazione dei dispositivi di confinamento, e quindi il comportamento in compressione del calcestruzzo confinato in condizioni di precarico risulta ancora poco chiaro. Lo scopo della presente tesi è quello di valutare il comportamento meccanico degli elementi in calcestruzzo soggetti a diversi livelli di precarico e confinati successivamente con FRP o incamiciatura in acciaio. e di investigare come questo stato di precarico influenza la risposta in compressione. Dall’analisi dello stato dell’arte è stato possibile identificare il punto di partenza per le ricerche effettuate, che hanno previsto diverse indagini sperimentali condotte su colonne in media scala soggette a diversi livelli di precarico e successivamente rinforzate con incamiciatura in acciaio o con FRP. Lo studio ha previsto anche un approccio al problema tramite modellazione agli elementi finiti, indispensabile per la riproduzione del processo fisico, confrontando i risultati numerici con quelli ottenuti dalle sperimentazioni. Inoltre, sono stati proposti modelli analitici per la previsione della capacità, sviluppati sulla base delle osservazioni numerico-sperimentali.