Numerical analysis of glued laminated timber beams reinforced by Vectran fibers

Abstract

Abstract Some factors, such as environmental actions and load increases, can cause a necessity to restore a structural element. An efficient method typically used is to reinforce the structure with a high mechanical property´s material. In this study, a numerical approach of glued laminated timber beams reinforced with the following synthetic fibers: Vectran®, carbon and glass fibers was developed. Vectran® fibers have high performance and are employed in various areas, but not yet as a structural reinforcement. The beam models were designed on Ansys software-version 12 and the results were analyzed regarding the maximum stresses and displacements. When compared to unreinforced beam, the fiber reinforcement absorbed a great part of the acting stresses, reducing the tensile stress and the displacement maximum values. Considering mechanical properties and the material cost, Vectran® fiber is an interesting alternative for structural reinforcement, fitting its mechanical performance at an intermediate level between carbon fiber and glass fiber.Resumo Alguns fatores, tais como ações ambientais e aumento de carga, podem causar a necessidade de restaurar um elemento estrutural. Um método eficiente tipicamente utilizado é reforçar a estrutura com um material que apresente altas propriedades mecânicas. Neste estudo foi desenvolvida uma abordagem numérica de vigas de madeira laminada colada reforçadas com as seguintes fibras sintéticas: Vectran®, carbono e vidro. As fibras de Vectran® têm alto desempenho e são empregadas em várias áreas, mas ainda não como reforço estrutural. Os modelos das vigas foram desenvolvidos no software Ansys versão 12, e os resultados foram analisados considerando-se as máximas tensões e os deslocamentos. Quando comparado com vigas sem reforço, o reforço de fibra absorveu grande parte das tensões atuantes e reduziu os valores máximos de tensão de tração e de deslocamento. Considerando-se as propriedades mecânicas e o custo do material, a fibra de Vectran® é uma alternativa interessante para reforço estrutural, estando seu desempenho mecânico em um nível intermediário entre a fibra de carbono e a fibra de vidro.