Annette Harte (NUI Galway)Kay‐Uwe Schober (iS Mainz)

COST Action FP1101, WG2 Workshop Telč

Need for structural reinforcement

• Change of use

• Deterioration

• Exceptional damage

• Changes in regulations

• Increase seismic resistance

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Presentation Layout

Introduction to FRPs

Bonding FRP to timber

Applications of FRP

Design rules

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Use of FRP in structural reinforcement

Fibre reinforced polymers (FRPs) widely used in the retrofit of concrete and masonry structures

Increasing use for metallic and timber structures due to decreasing costs, better understanding of behaviour

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What are FRPs?

Composite material – two components

Fibre – load carrying component 

Polymer matrix – transfers load between fibres, protection

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Fibres & polymersFIBRESCarbonAramidGlassBasalt

POLYMERSMost widely used is epoxyCan be any polymer – vinylester, PA, etcMechanical properties much lower than fibres

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COST MECHANICAL PROPERTIES

Type of FRPUnidirectional parallel fibresRods, plates, fabrics

Two‐dimensionalWoven fabricsLaminates

Three‐dimensional

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Properties of FRP UD rods

FRP ρ (kg/m3) EL (GPa) UTS L (MPa) CTEL (/⁰C)

CFRP 1500‐1600 170‐300 2800‐1300 (‐1) – 0 e‐6

AFRP 1200‐1500 120 2900 (‐6 )– (‐2) e‐6

GFRP 1200‐2100 75 3400 6‐10 e‐6

BFRP 1900 >50 >1000 2e‐6

Steel 7900 200 400 11.7 e‐6

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Advantages:Light weight, easy to handleCorrosion resistantHigh strength

Disadvantages:Expertise and skill requiredCost

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Bonding FRP to timber

Adhesive bonding the principal method used to connect the FRP to the timber element

Resin applied to element, FRP applied to resin under pressure 

Resin applied to fabric then applied to element – wet lay‐up

Cold‐cure epoxies most commonly usedCOST Action FP1101, WG2 Workshop, 21/06/13 Telč

Requirements for adhesives

Compatibility with and adhesion to timber substrateCompatibility with and adhesion to FRPFilling ability, workabilitySufficient opening timeAdequate mechanical propertiesResistance to environmental effects – temperature and moisture effects

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Surface preparationTo maintain reliability of bond during service life

FRPAbrasion followed by solvent cleaning 

orPeel ply method

TimberPlane within two hours of bonding

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Applications of FRP strengthening Beams

Flexural reinforcementShear reinforcementEnd bearingsTension perp grain

FloorsIn‐plane strengthening

WallsIn‐plane strengthening

(Joints)COST Action FP1101, WG2 Workshop, 21/06/13 Telč

Flexural reinforcement

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[CNR, 2007]

External plate bonding

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Siaz Building, TreviCFRP & epoxy resin (2003)

Aare bridge, MurgentalCFRP & epoxy resin (2003)

[Steiger, 1999] [CNR, 2007]

External plate reinforcementSins Bridge

[Motavalli, 2012]

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Pultruded FRP profiles

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Palazzo Collicola, Spoleto (2004)GFRP profiles connected with 

epoxy resin and GFRP shear connector

[Borri, 2005]

Shear strengtheningFRP plate or mesh on side faces or wrapped around sides and soffitShear spikes through beam depth

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[Yang, 2013]

Near surface mounted rods/barsAdvantages: end anchorage, greater bond area; fire protection

[Juvandes, 2012] [Raftery, 2012]

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Capacity of reinforced elementUltimate moment capacity ‐ solid mechanics

Enough tension reinforcement =>

compression yielding on top

Ductile response

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Deformation

Load

Active v passive reinforcementPassive reinforcement

Stiffness increaseCFRP – goodOthers – limited

Active reinforcementPrestressing reinforcementPrecamber – effective stiffness increase

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Tension perpendicular to grainCurved glulams, tapered beams, openings, connections

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[Haiman, 2006]

Replacement of decayed beam ends

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[Wheeler, 1998]

[Rotafix, 2013]

Floors – in‐plane reinforcement

[Corradi, 2006]

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Timber frame walls

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[Al Muman, 2012]

Reinforcement of walls [Al Mumad, 2012]

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Walls – In‐plane reinforcement

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[Premrov, 2004]

Unbonded  pin‐loaded CFRP straps 

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St Marien Church

[Huster, 2008]

Non‐laminated CFRP straps

[Huster, 2008]

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Design  guidelines – RC & Metallic structures

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Design Guidelines – FRP ‐ timberItalian guidelines good starting point for EU‐wide documentCovers strengthening in 

BendingBending and axial forceIn‐plane actionsJoints

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Thank you!

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