A simple unbonded-type shear strengthening technique for reinforced concrete beams using wire rope units is developed. Six two-span continuous T-beams externally strengthened with wire rope units and an unstrengthened control beam were tested. The main variables investigated were the amount and prestressing force of wire rope units. All specimens had the same geometrical dimension and arrangement of internal reinforcement. Influence of the distribution of vertical stresses in beam web owing to the prestressing force of wire rope units on the diagonal shear cracking load and the ultimate shear capacity of beams tested is presented. Based on the current study, it can be concluded that the amount and initial prestress of wire rope should be limited to be above 2.5 times the minimum shear reinforcement ratio specified in ACI 318-05 and below 0.6 times its own tensile strength, respectively, to ensure the enhancement of shear capacity and ductile failure mode of the strengthened beams. A numerical analysis based on the upper-bound theorem is developed to assess the shear capacity of continuous T-beams strengthened with wire rope units. From the comparisons of measured and predicted shear capacities, a better agreement is achieved in the proposed numerical analysis than in empirical equations recommended by ACI 318-05.
Kim, Sung Bae;Kim, Jang-Ho Jay;Kim, Tae Kyun;Eoh, Cheol Soo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3A
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pp.201-209
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2010
Generally, PSC girder bridge uses total gross cross section to resist applied loads unlike reinforced concrete member. Also, it is used as short and middle span (less than 30 m) bridges due to advantages such as ease of design and construction, reduction of cost, and convenience of maintenance. But, due to recent increased public interests for environmental friendly and appearance appealing bridges all over the world, the demands for longer span bridges have been continuously increasing. This trend is shown not only in ordinary long span bridge types such as cable supported bridges but also in PSC girder bridges. In order to meet the increasing demands for new type of long span bridges, PSC hollow box girder with H-type steel as compression reinforcements is developed for bridge with a single span of more than 50 m. The developed PSC girder applies compressive prestressing at H-type compression reinforcements using unbonded PS tendon. The purpose of compressive prestressing is to recover plastic displacement of PSC girder after long term service by releasing the prestressing. The static test composed of 4 different stages in 3-point bending test is performed to verify safety of the bridge. First stage loading is applied until tensile cracks form. Then in second stage, the load is removed and the girder is unloaded. In third stage, after removal of loading, recovery of remaining plastic deformation is verified as the compressive prestressing is removed at H-type reinforcements. Then, in fourth stage, loading is continued until the girder fails. The experimental results showed that the first crack occurs at 1,615 kN with a corresponding displacement of 187.0 mm. The introduction of the additional compressive stress in the lower part of the girder from the removal of unbonded compressive prestressing of the H-type steel showed a capacity improvement of about 60% (7.7 mm) recovery of the residual deformation (18.7 mm) that occurred from load increase. By using prestressed H-type steel as compression reinforcements in the upper part of cross section, repair and rehabilitation of PSC girders are relatively easy, and the cost of maintenance is expected to decrease.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.4
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pp.307-315
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2008
Post-tensioned precast concrete system (PPS) consists of U-shaped precast wide beams and concrete column. The continuity of beam-column joint is provided with the topping concrete on the PC shell beam and post-tensioning. Nonlinear analysis was conducted, using ANSYS, a finite-element analysis program, to obtain data for determining the characteristics of the structure and to allow various parametric analyses for post-tensioned wide beam-column connections. In this analysis, the Solid 65 element was used, in which concrete element had 8 nodes and each node had 3 degrees of freedomIn. Solid 65, the shear-transfer factor reflects a decrease of shear strength for the positions with cracks, as an impact factor to make the analysis value approximate the experiment value. In this study, the behavior of test specineus were most closely predicted to the experimental results, when the shear-transfer coefficient 0.85 was used for a closed crack, and 0.2 was used for an open crack.
You Young Chan;Choi Ki Sun;Park Young-Hwan;Park Jong-Sup;Kim Keung Hwan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.255-258
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2005
Experimental study has been performed in order to investigate the behavior of RC beams strengthened with externally bonded prestressed CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) strips. A total of 7 specimens have been manufactured of which specimens strengthened with bonded CFRP strips considering the level of prestress as experimental variable, and a specimen with simply bonded CFRP strips. The following phenomena have been observed through the experimental results. The specimen with simply bonded CFRP strips failed below 50$\%$ of its tensile strength due to premature debonding. On the other hand, all the specimens strengthened with prestressed CFRP strips showed sufficient strengthening performance up to the ultimate rupture load of the CFRP strips. Also, it was observed that the cracking loads and yield loads of the strengthened beams were increased proportionally to the prestress level, but the maximum loads were nearly equal regardless of the prestress level.
The external unbonded strengthening offers advantages in speed and simplicity of installation over other strengthening techniques. Unlike externally bonded steel plate or carbon fiber sheet, surface preparation of the concrete for installation of high-tension bar is not required and installation is not affected by environmental conditions. Anchoring pin or anchoring plate are installed at the end of beam to connect the high-tension bar to concrete beam. The deviator are used in order that supplementary external bars would follow the curvature of the tested beam. A set often laboratory tests on reinforced concrete beam strengthened using the technique are reported. The main test parameters are the section area of strengthening bar, the depth of deviator and the number of deviators. The paper provides a general description of structural behavior of beams strengthened using the technique. The test result of strengthened beam are compared with those from a reference specimen. It is shown that the reinforcing technique can provide greater strength enhancements to unstrengthened beam and that the provision of deviator enhances efficiency. The ultimate moment of specimen with two deviators was higher than that of specimens with one deviator. It is also shown that the external bars enhance strength of beams in shear.
This study deals with literature review, developing a predicting equation for the ultimate stress of prestressing (PS) CFRP, and experimental test with the parameters affecting the ultimate stress of prestressing CFRF in prestressed concrete beams strengthened by external prestressing. The ACI (American Concrete Institute) predicting equation for the ultimate stress of unbonded prestressing CFRP is analyzed to develop a new integrated predicting equation. The proposed predicting equation takes rationally the effect of internal PS steel into consideration as a function of prestressing tendon depth to neutral depth ratio. In the experimental study, prestressed concrete beams strengthened using external prestressing CFRP are tested with the test parameters having a large effect on the ultimate stress of prestressing CFRP. The test parameters includes infernal prestressing steel and external prestressing CFRP tendon reinforcement ratios, and span to depth ratio. The test results are analyzed to confirm the rationality and applicability of the proposed equation for predicting the ultimate stress of external prestressing CFRP.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.3
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pp.151-158
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2002
Recently, the externally prestressed unbonded steel I-beam bridges have been increasingly built. The mechanical behavior of prestressed steel I-beams which are with external unbonded tendon is different from that of normal bonded PSC beams in a point of that the slip of tendons at deviators and the change of tendon eccentricity occurs, when external loads are applied in external unbonded steel I-beams. The concept of prestressing steel structures has not been widely considered, in spite of long and successful history of prestressing concrete members. In this study, The field experiment on prestressed steel I-beams has been performed in the various aspects of prestressed I-beam including the tend on type and profile.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.535-542
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2015
A reactor containment acts as a final barrier to prevent leakage of radioactive material due to the possible reactor accidents into external environment. Because of the functional importance of the containment building, the SIT(Structural Integrity Test) for containments shall be performed to evaluate the structural acceptability and demonstrate the quality of construction. In this paper, numerical analyses are presented, which simulate the results obtained from the SIT for a prestressed concrete(PSC) structure. A sophisticate structural analysis model is developed to simulate the structural behavior during the SIT properly based on various preliminary analysis results considering contact condition among structural elements. From the comparison of the analysis and test results based on the acceptance criteria of ASME CC-6000, it can be concluded that the construction quality of the containment has been well maintained and the acceptable performance of new design features has been verified.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.523-533
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2015
A reactor containment acts as a final barrier to prevent leakage of radioactive material due to the possible reactor accidents into external environment. Because of the functional importance of the containment building, the SIT(Structural Integrity Test) for containments shall be performed to evaluate the structural acceptability and demonstrate the quality of construction. An initial numerical analysis was performed to simulate the results obtained from the SIT for a prestressed concrete(PSC) structure. But the analysis results by the initial model expected smaller displacements than the measured ones by 30% at some locations. Accordingly, the research and development to improve the initial model to corelate the measured results of the SIT more properly have been performed. In this paper, the effects of the loss of concrete due to duct for tendons and the contact of duct and tendons in un-bonded tendon system are mainly evaluated based on the preliminary analysis results. In addition, the importances of the proper definition of mesh connectivity among structural elements of concrete, liner plates, rebars and tendons are discussed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.6
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pp.359-366
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2019
Experimental and analytical studies on the behavioral characteristics of a pre-stressed (PS) steel girder are conducted to investigate the effects of deviators on the non-linear inelastic properties of the PS system. In this regard, 4 test specimens consisting of a steel H-beam, a straight cable with eccentricity, anchorages, and deviators are built and failure tests are performed under two-point loading. In addition, in-plane elastic deformation theories for the PS system without a deviator, and with three deviators at regular intervals are analytically formulated and solved using a symbolic calculation technique. To verify the validity of the experimental and the proposed analytical theories, the results obtained using FEM models composed of beam elements, rigid beam elements, and truss cable elements, are compared to the experimental results and the analytical solutions. As a result, it is determined that externally installed un-bonded deviators inhibit flexural deformation of the deformed beam to such an extent that their elastic stiffness, and failure strength are significantly improved compared to those of the PS system without deviators.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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