Assessment of Anchorage Methods and FRP Laminate Strengthening Configurations for URM Walls Under In-Plane Loading

Abstract

In order to ensure a continuous and reliable path for the lateral loads caused by earthquake or wind forces, FRP-strengthened masonry walls that are part of the lateral load resisting system of a building require the joint work of the FRP strengthening to resist tensile stresses in the masonry and anchorage to the boundary structural elements (foundations or beams) to transfer the loads. This article presents the results of an investigation on the assessment of anchorage methods and FRP strengthening configurations for unreinforced masonry (URM) walls subjected to in-plane loads. Fourteen masonry walls were constructed for this experimental program. All of the walls were built with hollow clay bricks, typical of URM structures in Colombia and other parts of the world. The specimens for this investigation included slender and squat walls. The dimensions of the slender walls were 1.20 m. [4 ft] long, 1.90 m. [6.2 ft.] high, and 120 mm [4.8 in.] thick. The dimensions of the squat walls: 2.50 m. [8.2 ft.] long, 1.90 m. [6.2 ft.] high, and 120 mm [4.8 in.] thick. The walls were strengthened using two configurations: (1) Layout ‘H’ involving horizontal CFRP laminates along on wall side, and vertical CFRP laminates at each wall toe on one side of the wall, and (20 Layout ‘X’ involving diagonal CFRP laminates oriented at approximately 45 degrees on one side of the wall. Four anchor systems were evaluated: (1) System 1 (CFRP anchors embedded in the base beam), (2) System 2 (CFRP bonded to the base beam), (3) System 3 (FRP bonded to grout blocks), and (4) System 4 (FRP wrapped around grout blocks). The walls were tested in two series: (1) Series 1 – Monotonic Loading, and (2) Series 2 – Cyclic Loading. The test results demonstrated that Anchor System 4 was the most effective anchorage system. The walls strengthened with Anchor System 4 failed due to rupture of the CFRP laminates wrapped around the grout block. In general, the largest increases in in-plane capacity, when compared to the control walls, were observed in the slender walls. The walls with the ‘H’ Layout showed more ductility and less degradation of the lateral stiffness than the walls strengthened with the ‘X’ Layout.

Para garantizar un recorrido continuo y fiable de las cargas laterales causadas por los terremotos o las fuerzas del viento, los muros de mampostería reforzados con FRP que forman parte del sistema de resistencia a las cargas laterales de un edificio requieren el trabajo conjunto del refuerzo con FRP para resistir las tensiones de tracción en la mampostería y el anclaje a los elementos estructurales limítrofes (cimientos o vigas) para transferir las cargas. Este artículo presenta los resultados de una investigación sobre la evaluación de los métodos de anclaje y las configuraciones de refuerzo con FRP para muros de mampostería no reforzada (URM) sometidos a cargas en el plano. Para este programa experimental se construyeron catorce muros de mampostería. Todos los muros fueron construidos con ladrillos huecos de arcilla, típicos de las estructuras de URM en Colombia y otras partes del mundo. Los especímenes para esta investigación incluyeron muros esbeltos y de cuclillas. Las dimensiones de los muros esbeltos fueron de 1,20 m. de largo, 1,90 m. de alto y 120 mm de espesor. Las dimensiones de los muros en cuclillas: 2,50 m. de longitud, 1,90 m. de altura y 120 mm de espesor. Los muros se reforzaron utilizando dos configuraciones: (1) la disposición "H", que incluye laminados CFRP horizontales a lo largo de un lado del muro, y laminados CFRP verticales en cada punta del muro en un lado del mismo, y (20) la disposición "X", que incluye laminados CFRP diagonales orientados a aproximadamente 45 grados en un lado del muro. Se evaluaron cuatro sistemas de anclaje: (1) Sistema 1 (anclajes de CFRP empotrados en la viga base), (2) Sistema 2 (CFRP adherido a la viga base), (3) Sistema 3 (FRP adherido a bloques de lechada), y (4) Sistema 4 (FRP envuelto alrededor de bloques de lechada). Los muros se probaron en dos series: (1) Serie 1 - Carga monótona, y (2) Serie 2 - Carga cíclica. Los resultados de las pruebas demostraron que el sistema de anclaje 4 era el más eficaz. Los muros reforzados con el Sistema de Anclaje 4 fallaron debido a la ruptura de los laminados de CFRP envueltos en el bloque de lechada. En general, los mayores aumentos de capacidad en el plano, en comparación con los muros de control, se observaron en los muros esbeltos. Los muros con la disposición "H" mostraron más ductilidad y menos degradación de la rigidez lateral que los muros reforzados con la disposición "X".