This paper presents the failure mode and strengthening design of reinforced concrete slab strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) grid. Parameters involved in this experimental study are FRP grid reinforcement quantity, repair mortar thickness, the presence of anchor, and strengthening in compression. In this study, there are different failure types with increasing the CFRP grid strengthening reinforcement. On the low strengthening level, CFRP grid in repair mortar cover ruptures. On the moderate strengthening level, there is a debonding shear failure in the interface of carbon FRP grid because of the excessive shear deformation. On the high strengthening level, diagonal shear failure occurs. With the increasing of FRP grid reinforcement, the strengthening effect increased, but the ductility decreased. By limiting the strengthening level, it can be achieved to prevent shear failure which result in sudden loss in the resisting load capacity. CFRP rupture failure is desirable, because CFRP ruptured concrete slab keeps the same load capacity and ductility haying before strengthening even after failure. Finally, design guideline and procedure are given for strengthening of concrete slab with CFRP grid.
This study examined the feasibility of wire ropes as lateral reinforcement at the boundary element of heavyweight concrete shear walls. The spacing of the wire ropes varied from 60 mm to 120 mm at an interval of 30 mm, which produces the volumetric index of the lateral reinforcement of 0.126~0.234. The wire ropes were applied as a external hoop and/or internal cross-tie. Five shear wall specimens were tested to failure under constant axial load and cyclic lateral loads. Test results showed that with the increase of the volumetric index of the lateral reinforcement, the ductility of shear walls tended to increase, whereas the variation of flexural capacity of walls was minimal. The flexural capacity of shear walls tested was slightly higher than predictions determined from ACI 318-11 procedure. The displacement ductility ratio of shear walls with wire ropes was higher than that of shear wall with the conventional mild bar at the same the volumetric index of the lateral reinforcement. In particular, the shear walls with wire rope index of 0.233 achieved the curvature ductility ratio of more than 16 required for high-ductility design.
An experimental research was performed using fibers for the purpose of retrofitting existing reinforced concrete circular columns. Glass fiber (GF) and polyethylene terephthalate (PET) were used as well as combined GF+PET (HF). PET has high tensile strength (over 600 MPa) and high ductility (about 15%), but has very low elastic modulus (about 1/6 of GF). A total of four columns was tested against laterally applied reverse cyclic load: control column, GF-, PET-, and HF-strengthened columns. All columns retrofitted using fibers demonstrated improved moment capacity and ductility. Moment capacity of GF-, PET-, and HF-strengthened columns was 120%, 107%, and 120% of the control column, respectively. Drift ratio of all retrofitted columns also increased by 63 ~ 83% over the control column. The final failure mode of the control column was main bar buckling. The final failure mode of the GF- and HF-strengthened columns was GF rupture while that of the PET-strengthened column was main bar rupture in tension. No damage was observed for PET at the ultimate stage due to excellent strain capacity intrinsic to PET. Current test results indicate that PET can be effectively used for seismic retrofit of RC columns. It is noted that the durability characteristics of PET needs to be investigated in the future.
As composite materials, the addition of steel fiber with concrete significant)y improves the engineering properties of structural members, notably shear strength and ductility. Flexural strength, fatigue strength, and the capacity to resist cracking are also enhanced. Especially the strengthening effect of steel fiber in shear is to prevent the brittle shear failure. In this study, shear-strengthening effect of steel fiber in RC short columns were investigated from the literature surveys and 10th specimem's member test results. From the test results, following conclusions can be made; the maximum enhancement of shear-strengthening effect can be achieved at about 1.5 % of steel fiber contents, shear strength and ductility capacity were improved remarkably in comparison to stiffness and energy dissipation capacity in steel fiber reinforced concrete.
Kim, Chan-Hee;Kim, Woo Seok;Lee, Ilkeun;Lee, Jaeha
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.1
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pp.23-31
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2018
Recently, there was an collision accident of vehicle-concrete median barrier and unfortunately, passengers were killed by exceeded capacity of concrete median. Therefore, improving the capacity of concrete median barrier is need to reduce damage. Accordingly, in this study, appropriate collision model verified by using the FE analysis program LS-Dyna and recommend a concrete median barrier section. The improvement parameters such as wire mesh diameter, steel plate, rubber pad were selected for improved capacity of the median barrier. Finally, section of concrete median barrier improved wire mesh diameter decreased volume loss, section of concrete median barrier improved rubber pad accepted impact loading and increased elastic area.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.5
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pp.483-491
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2008
The effectiveness of a new fiber-steel composite plate designed specifically to be used for strengthening of reinforced concrete members has been investigated. Twelve reinforced concrete beams were tested. Seven of the beams were strengthened with carbon fiber-steel composite plate(CSP), four of the beams were strengthened with glass fiber-steel composite plate(GSP), and one beam was used as a control specimen. The experimental results showed that new strengthening system controls the premature debonding and provides a more ductile failure mode than other conventional strengthening systems. The observed ductility ratios were $3.01\sim3.81$ and $3.55\sim4.95$ for strengthened beam with CSP and GSP, respectively. The maximum load was increased by 115% and 107% for strengthened beam with CSP and GSP, respectively, comparing with control beam. In addition, experimental and analytical results were well agreed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.5
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pp.56-66
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2017
In this study, seismic strengthening performance of RC circular columns reinforced with high ductile PET and hybridized fibers(HF, PET + aramid) strand was experimentally compared and investigated. As a result, the maximum flexural strength and ductility capacity of all reinforced columns were improved than control column and fiber rupture did not occur at the ultimate stage. In addition, the resistive strength and displacement of the PET sheet 25 layers reinforcing column and the HF strand 1 layer reinforcing column were almost similar, so that 1 layer of HF strand showed the same lateral confinement effect as the PET sheet 25 layers. As a result of this experimental study, PET is considered to be suitable as seismic reinforcement material for RC structures in terms of flexural strength and ductility. However, in order to increase the possibility of application in the field, it is necessary to use a prefabricated PET sheet such as HF used in this study. The durability of PET needs investigation in the future.
The ductility capacity should be estimated for inelastic analysis and design of reinforced concrete flexural members. Therefore, to estimate the ductility capacity, the model of moment-curvature relationship of reinforced concrete flexural member is assumed in this study. The curvature, rotation, and displacement(deflection) of reinforced concrete cantilever beams are analyzed and tested. The analytical results are compared with the test results. According to the analytical and test results, the assumed model of moment-curvature relationship in this study is adequate in flexural analysis of reinforced concrete members because the analytical results are well agreed with the test results, and it is resonable to express the ductility capacity in the rotation or displacement ductility, Because the curvature ductility is the limited index in a certain section. It is investigated that the ductility capacity is proportional to lateral reinforcement and compression reinforcement and inversely proportional to tension reinforcement.
Kim, Sang-Woo;Kim, Kyeong-Min;Kim, Geon-Woo;Lee, Su-Young;Kim, Jin-Sup
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.4
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pp.12-19
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2021
Recently, with frequent earthquakes around the world, research on seismic design and seismic reinforcement of reinforced concrete facilities has been actively conducted from earthquakes. In particular, columns, which are compressed members of reinforced concrete structures, are vulnerable to lateral forces caused by earthquakes, so an appropriate seismic reinforcement method is required. Therefore, this study intended to develop Velcro seismic reinforcement method that is quick and easy to construct. For the development of Velcro seismic reinforcement, the adhesion and tensile strength of the existing industrial velcro was improved. A direct tensile test was also conducted to compare the tensile performance of the newly-developed velcro seismic reinforcement to industrial one. In addition, numerical analysis was performed to predict the seismic performance of RC columns reinforced by industrial and newly-developed velcro. Based on the analysis results, the strength and ductility of the non-seismic and velcro-reinforced RC column were reviewed. The analysis confirmed that both the strength and ductility of non-seismic RC columns reinforced by industrial and newly-developed velcro increased, but the seismic performance of the newly-developed Velcro reinforcement is better than that of industrial velcro.
Ten high-strength concrete beam specimens, which have various combinations of different types of flexural reinforcement and short fibers were constructed and tested. Six beams were reinforced with two layers of steel, CFRP, and GFRP bar combinations. The other four beams were reinforced with two layers of single type CFRP and GFRP bars, with steel and synthetic short fibers. An investigation was performed on the influence of the parameters on the load-carrying capacity, post cracking stiffness, cracking pattern, deflection behavior, and ductility. The low post cracking stiffness, large deflection, deep crack propagation, large crack width, and low ductility of FRP bar-reinforced beams were controlled and improved by positioning steel bars in the inner layer of the FRP bar layer. In addition, the addition of fibers increased the first-cracking load, ultimate flexural strength, and ductility as well as the deep propagating cracks were controlled in the FRP bar-reinforced concrete beams. The increased ultimate concrete strain of fiber-reinforced concrete should be determined and considered when FRP bar-reinforced concrete members with fibers are designed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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