From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D....

127
From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil

Transcript of From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D....

Page 1: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

From theory to practice:FRP STRENGTHENING

OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE

From theory to practice:FRP STRENGTHENING

OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE

Pierre Labossière, ing. Ph.D.

Professeur

Département de génie civil

Page 2: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRP Strengthening of the Ste-Émélie Bridge

Page 3: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRP Strengthening of the Ste-Émélie Bridge

Page 4: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Outline

– FRPs for the structural engineer– Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Bridge description– Research program– FRP strengthening of the bridge– Bridge testing– Budgetary considerations– Instrumentation– Remarks

– Conclusion

Page 5: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

– Fibre reinforced polymers

Page 6: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

– Stress-strain curves

f

frpu

frpu

E frp

Fibre (glass or carbon)

Matrix (epoxy or vinylester)

Strain

Str

ess

Page 7: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

Page 8: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

Page 9: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

Page 10: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

Page 11: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

Page 12: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

– Interest of the Ministère des Transports du Québec (MTQ)

– Live load rating factor LLRF = ( C1R – C2D) / C3L

– LLRF › 1 QS 660 satisfied– 0.85 ‹ LLRF ‹ 1 Legal load acceptable

– Forbidden to overloaded trucks

– Reinforcement recommended

– LLRF ‹ 0.85 Legal load excessive– Reduced maximum load posted

– Reinforcement compulsory

Page 13: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

– Interest of the Ministère des Transports du Québec (MTQ)

– Strengthen bridges for which LLRF < 0.85

LLRF Number of bridges Average age

(yrs.)

non-evaluated 986 39

> 1 198 46

from 0.85 to 1 105 51

< 0.85 223 52

1512 42

Page 14: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

– Interest of the Ministère des Transports du Québec (MTQ)– Observation

– Bridge condition directly related to its LLRF – Bridge in good condition FCS – Bridge in poor condition FCS

– Search for a demonstration project– Identify a bridge in need of reinforcement (FCS < 1),

representative of a large number of existing bridges, and with a concrete surface condition that would allow easy installation of FRPs

Page 15: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

FRPs for the structural engineer

– Interest of the Ministère des Transports du Québec (MTQ)

– Evaluate FRPs as strengthening method

– Aim at 33 % of cost of new construction– Accessibility to majority of contractors– Minimal technical training for

installation/supervision– Design methods available to design engineers

Page 16: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Bridge description– Location :Sainte-Émélie-de-l’Énergie, QC– Original construction : 1951– Length: 21.3 m (70 ft.)– Total width : 11.2 m; 2 traffic lanes : 9.1 m wide – Original design load - H20 truck load– New design load - QS660, CSA Standard S6-88

– Need to increase flexural capacity by 35%– Need to increase shear capacity by 20%

Page 17: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 18: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

2 743457

1 52

4

11 2

00

9 14

4

21 336

Page 19: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 20: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 21: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 22: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 23: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Research program– Laboratory testing of various strengthening

schemes Rectangular beams

– 105 x 350 mm; length = 3.0 m T-beams

1:3 scale model of section; length = 6.5 m

– Durability assessment Freeze-thaw cycles Wet-dry cycles Small-scale beam specimens (1.1 m long)

Page 24: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Research program

Page 25: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Research program

900 mm

500

mm

65 mm

150 mm

5-20M

Page 26: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Research program

CL

33652635

14 @ 200 2 @ 305

Stirrups : = 4.76 mm

Page 27: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Strengthening for bending and shear

Page 28: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 29: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 30: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 31: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 32: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 33: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 34: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 35: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 36: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 37: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Strengthening for bending and shear

Page 38: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Design methods

Stresses

fc

fs

f’ca

Ts

Cc

bw

h d

Section

ffrp Tfrpfrp

cc

s

Strains

bi

si

ci

Csf ’sd’

Page 39: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Design methods

cf sf frp

Page 40: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Design methods– Strengthening for shear

Le

Page 41: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Design methods CSA S6-00 (2000): Canadian Highway Bridge Design Code.

(Chapitre 16 – Fibre Reinforced Structures.) CSA S806-01: Design and Construction of Building

Components with Fibre Reinforced Polymers, en préparation. ISIS-M03-01 (2001): Reinforcing Concrete Structures with

Fibre Reinforced Polymers. ACI 440-F: Guide for the Design and Construction of

Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures, draft document 2000.

Europe: Design Guidance for Strengthening Concrete Structures Using Fibre Composite Materials

Page 42: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 43: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 44: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 45: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 46: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Strengthening for bending and shear

Page 47: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 48: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Beam T2 (Replark - 6 c.)Beam T2 (Replark - 6 c.)

Page 49: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Research description

Page 50: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 51: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 52: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Beam T3 (Carbodur)Beam T3 (Carbodur)

Page 53: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Test results

Page 54: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Design methods

Page 55: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Design methods

Page 56: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– FRP strengthening of the bridge

710

3124

3980

710

4506

5363

2520

1094

2741

3475

4473

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Position p/r au centre de l'appui (mm)

Mom

ent

(kN

.m)

Mf QS-660

Mr avant renf.

Mr après renf.

Position with respect to centre of support (mm)

Before reinforcement

After reinforcement

Page 57: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– FRP strengthening of the bridge

873757

656590 557

640

1043

874

739673

0

200

400

600

800

1000

1200

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Position p/r au centre de l'appui (mm)

Eff

ort

tran

chan

t (k

N)

Vf QS-660

Vr avant renf.

Vr après renf.

Before reinforcement

After reinforcement

Position with respect to centre of support (mm)

Page 58: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 59: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– FRP strengthening of the bridge– Two options considered in Call for Tenders– Rehabilitation scheme :

Flexural strengthening 6 SIKA Carbodur S614 strips, 20.4 m long and 60 mm-

wide, per beam Total length of reinforcement for bridge = 490 m

Shear strengthening External GFRP stirrups with variable spacing 52 sq.metres of SikaWrap Hex 100G per beam

Page 60: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– FRP strengthening of the bridge

Page 61: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 62: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 63: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 64: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 65: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 66: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 67: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 68: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 69: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 70: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 71: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 72: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 73: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 74: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 75: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 76: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 77: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 78: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 79: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 80: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 81: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 82: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 83: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 84: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 85: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 86: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 87: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 88: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Schedule Site preparation, platform installation: Sept. 8-9 Installation of gauges on existing steel reinforcement: Sept 10-11 Loading test: Sept. 14 Repair of concrete (sandblasting, mortar): Sept. 15 - Oct. 2 FRP, westbound side, flexural: Sept. 28 - 29 FRP, westbound side, shear: Sept. 30 - Oct. 1 FRP, eastbound side, flexural: Oct. 6 -7 FRP, eastbound side, shear: Oct. 7-8 Installation of fibre optic sensors on strengthened structure: Oct. 8 - 13 Loading test: Oct. 14 Completion of repairwork: Oct. 16

Page 89: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Budget breakdown

Initial cost estimate ($96,000) Bid retained (on invitation) ($97,950)

Repairwork contracted out $ 104,000 (supplementary repairs)Extras $ 3,000 (sandblast + repair of supports)Protective coating not included in specs. $ 1,500

Total$ 108,500

Load testing $5,000

Page 90: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Budget breakdown

Total cost : $108,500 450 $/m2

about 40-50 % of the cost of new construction

Page 91: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 92: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 93: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 94: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 95: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Bridge testing– Three series of tests

before the repairwork just after the repairwork one year after the repairwork

– Objectives of the tests evaluation of the general behaviour of the bridge evaluation of stiffness increase validation of the fibre optic sensors

Page 96: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Bridge testing– Three 4-axle, 33-ton trucks– Load configurations :

Static loading :– 9 loading configurations (one truck on line A, one truck

on line B, etc…)– 8 stopping positions for each loading configuration

Dynamic loading :– convoy of 3 trucks, braking on the bridge

Page 97: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Page 98: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Bridge testing1 2 3 4 6 7 8

5

A

B

C

D

A1 (Truck 2) A4 (Truck 1)

C4 (Truck 3)

Page 99: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

Str

ain

(x 1

0-6)

J111 before reinf.J111 after reinf.

Mid

-spa

n de

flect

ion

(mm

)

D2 before reinf.D2 after reinf.

Page 100: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Instrumentation– Electric gauges

8 gauges on existing rebars, installed by MTQ 20 gauges on FRPs

– Fibre optic sensors 8 Fabry-Perot 20 Bragg

– Thermocouples 10 - to evaluate effect of temperature on gauges

– Positions of fibres and gauges determined for comparison purposes

Page 101: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

12

34

56

78

9

10

11

12

13, 14, 15

CL

16, 17, 18

19, 20, 21

22, 23, 24

14

13

1517

16

1820

19

2123

22

24

Page 102: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Long-term monitoring– Periodic readings:

electrical strain gauges, fibre optic sensors and thermocouples

approximately 1 series every 6-weeks

– Continuous readings: Fabry-Pérot sensors and external temperature 6 periods, each varying from 5 to 14 days

Page 103: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Long-term monitoring

5

10

15

20

25

30

Time (hours)

Tem

per

atu

re (

oC

)

-10

0

10

20

30

40

50

60

70S

trai

n

F17

F14

Page 104: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Long-term monitoring

4850

4900

4950

5000

5050

5100

5150

5200

5250

-30 -20 -10 0 10 20 30 40

Temperature

Me

as

ure

d S

tra

ins

Strain = 6.7 T (oC) + 5004

Page 105: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Long-term monitoring

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

fév.

99

mai

99

aoû

t 99

oct

. 99

jan

v. 0

0

juil

l. 0

0

oct

-00

no

v-00

jan

v-01

avr-

01

juil

-01

juil

-01

jan

v-02

juin

-02

Te

mp

era

ture

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

Str

ain

Temperature Measured Residual

Page 106: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Conclusions– Repairwork

Repair of concrete surface was more difficult than anticipated

Installation of flexural FRP reinforcement was relatively easy

Page 107: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Conclusions– Repairwork

Special care was required in removing air trapped between the FRP and concrete surface for shear reinforcement, and to prevent slip during installation

It was necessary to heat the construction area for proper curing due to low temperature (October 1998)

Page 108: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Ste-Émélie de l'Énergie Bridge

– Conclusions– Monitoring

Readings from conventional gauges and LVDTs confirmed the anticipated behaviour of the FRP-strengthened structure under static loading

Readings of the fibre optic sensors are comparable with those of the conventional gauges

Page 109: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Acknowledgements

– Ministère des Transports du Québec– Gérard Desgagné, Guy Richard

– ISIS Canada– Department of Civil Engineering,

University of Sherbrooke– Prof. K.W. Neale– Marc Demers, Pierre Rochette– Laurent Thibodeau, Claude Aubé– Philippe Lamothe, Patrick Lapierre, Yves Beaudoin,

Patrice Pouliot, Éric St-Georges, Derek Tardif

Page 110: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Page 111: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

– Entrance of the Faculty of Engineering– Design Competition for Students

– ISIS Canada

– Five Submissions– Queen's University– Université de Sherbrooke– University of Waterloo– University of Manitoba– University of Alberta

Page 112: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

– Objectives of the Design Competition To illustrate ISIS technologies

– FRP reinforcement– Fibre optic monitoring

Strain sensors, temperature probes, accelerometer, web camera

Data available on-line over a web site

To provide a real practical experience to ISIS Canada students

Page 113: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

2002 ISIS Student Design Competition

Winning entry by a team of Queen’s University

Reinforced concrete

girders and slab reinforced with

FRP rebars

Rigid frame(square HSS)Steel deck Concrete cover

Page 114: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

Page 115: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

Page 116: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

Page 117: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

Page 118: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

Page 119: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

Page 120: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

Page 121: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Université de SherbrookePedestrian Bridge

Page 122: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Page 123: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

3 Exposure sites :•Sherbrooke•Tsukuba, Okinawa (Japan)

Specimens :

•Sheets, plates, laminates, epoxy plates

•FRP-Confined concrete cylindres

•Beams externally reinforced with FRPs

Project began in 1997.

Exposure to continue until 2007

Correlation with accelerated ageing conditions under development

Durability of FRPs

Page 124: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Immersion conditions :

• Freshwater at 4C, 21C and 38C• Saltwater at 21C

Exposure: 10 000 hrs

Specimens :

• Mitsubishi Replark

• Tyfo SEH51

Measurement of

• Water absorption - gain in weight

• Tensile strength

Durability of FRPs

Page 125: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Durability of FRPs

Water absorption of composite plates

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Solution and temperature of exposure

Wei

ght

gain

aft

er 1

0 00

0 h

ours

of

imm

ersi

on (

%)

GFRP laminates

CFRP laminates

water 4°C water 21°C water 38°C saltwater 21°C

Page 126: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Durability of FRPs

Tensile strength of coupons

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

Environmental exposure prior to tension tests

Ult

imat

e st

reng

th/u

nit

wid

th (

kN/m

m) GFRP unidirectional coupons (2 plies)

CFRP unidirectional coupons (4 plies)

10 000 hrs immersionin water, 4°C

10 000 hrs immersionin water, 21°C

10 000 hrs immersion insaltwater (4%NaCl), 21°C

10 000 hrs immersion in water, 38°C

Control specimens

Page 127: From theory to practice: FRP STRENGTHENING OF THE STE-ÉMÉLIE BRIDGE Pierre Labossière, ing. Ph.D. Professeur Département de génie civil.

Département de génie civil, Université de Sherbrooke

Durability of FRPs

Beams reinforced with:• SIKA Carbodur• Mitsubishi Replark

Exposure cycle :

• 5-day immersion in fresh water at 21C• 2 days drying at 21C

Beams are 1060 mm long

Results up to 26 cycles