Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.6
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pp.147-154
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2008
Experimental study has been performed in order to investigate the behavior of RC beams strengthened with externally unbonded post-tensioned CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) strips using embedded or stud-type plate anchorages. Total 10 small-scaled specimens were manufactured with the different post-tensioning level and types of mechanical anchorage as a main test parameter. A control specimen and specimens with simply bonded CFRP strips were included to compare the structural performances of each system. From the test results, it was observed that the specimens strengthened with simply bonded CFRP strips showed debonding failure below 50% of CFRP tensile strength due to premature debonding. On the other hand, all the specimens strengthened with post- tensioned unbonded CFRP strips reached the rupture strength of the CFRP strip. Also, it was observed that the specimens with stud-type anchorage have equivalent strengthening performance compared with embedded-type anchorage.
This study deals with literature review, developing a predicting equation for the ultimate stress of internal and external prestressing steel, and an experimental test with the parameters affecting the ultimate stress of prestressing steel in prestressed concrete beams strengthened by external prestressing tendons. The proposed predicting equation takes rationally the effect of internal and external prestressing steels into consideration as a function of prestressing steel depth to neutral depth ratio. In the experimental study, prestressed concrete beams strengthened using external steel tendons are tested with the test parameters having a large effect on the ultimate stress of internal and external prestressing steel. The test parameters include internal and external prestressing steel reinforcement ratio 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 internal and external prestressing steel. This research shows that the results obtained by the proposed equation for predicting the ultimate stress agreed very well with the test results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.537-548
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2008
Recently, the prestressed unbonded concrete structures are increasingly being built. The mechanical behavior of prestressed concrete beams with unbonded tendon is different from that of normal bonded PSC beams in that the increment of tendon stress was derived by whole member behavior. The purpose of the present paper is therefore to evaluate the flexural behavior and to propose the equation of ultimate tendon stress by performing static flexural test according to span/depth, concrete compression strength, reinforcement ratio and the effect of existing bonded tendon. From experimental results, for cracking, yielding and ultimate load, the effect of reinforcement ratio was more effective than concrete compression strength, and the beams having high strength concrete had a good performance than having low concrete, but there was no difference between high strength and low strength. And as L/dp was larger, test beams had a long region of ductility. This means that unbonded tendon has a large contribution after reinforcement yielding. Especially, the equation of ACI-318 was not match with test results and had no correlations. After analysis of test results, the equation of ultimate unbonded tendon stress without slip was proposed, and the proposed equation was well matched with test results. So the proposed equation in this paper will be a effective basis for the evaluation of unbonded tendons without slip, analysis and design.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2A
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pp.247-260
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2006
In this paper, an analytical method which can describe the structural behavior of prestressed concrete (PSC) bridges reinforced with the unbonded external tendon is developed. Since the unbonded external tendon is directly installed to the deviators while maintaining a straight configuration, it has a different deformation field from that of concrete and accompanies the secondary effect caused by the change of the primary eccentricity between concrete and external tendon. In advance, the friction slip at the deviators is also taken into consideration on the basis of the force equilibrium between the friction force and the driving force. Through correlation studies between experimental data and analytical results, it is verified that the proposed numerical model can effectively predict the structural behavior of PSC beam bridges with comparative precision.
Recently, the externally prestressed unbonded concrete structures are increasingly being built. The mechanical behavior of prestressed concrete beams with external unbonded tendon is different from that of normal bonded PSC beams in that the slip of tendons at deviators and the change of tendon eccentricity occurs as external loads are applied in external unbonded PSC beams. The purpose of the present paper is therefore to evaluate the flexural behavior by performing static flexural test according to tendon area and tendon force. From experimental results, before flexural cracking, there was no difference between external members and bonded members. However, after cracking, yielding load of reinforcement, ultimate load, and the tendon stress of external members was lower than that of bonded members. For the relationship of load-tendon stress, the increasing of tendon strain was inversely proportional to the initial tendon force. However, even if the initial tendon force was large, the tendon strain with small effective stress was smaller than that with large effective stress. The concrete compressive strain was proportional to the effective stress of external tendon. From the comparison between test results and codes, the ACI-318 could not consider the effect of tendon force or effective stress, and especially the results of ACI-318 were very small, so it was very conservative. And the AASHTO 1994 could be influenced on the tendon area, initial force and effective stress, but as it was made on the basis of internal unbonded tendon, its results were much larger than the test results. For this reason, the new correct predict equation of external tendon stress will be needed.
Unlike external bonded steel plate or carbon fiber, the external unbonded strengthening using hi-strength bar has some advantages in speed and simplicity of installation. It is not required surface preparations and not affected by environmental conditions. A set of nine laboratory tests on RC beams strengthened using the hi-tension bars are reported. Anchoring pin developed in former research is installed at the end of beam to connect the hish-tension bar to RC beam. The test results strengthened by hi-tension bars are compared with those of non-strengthened specimens. The main test parameters are the cross-sectional area of the high-tension bar, distance of stirrups and condition of supports. Test results show that the beams reinforced are superior to reference specimens, especially for the strength and deformation capacity. Also, shear resisting effect of hi-strength bar can be confirmed in the specimens which have lack of stirrups.
This paper outlines a new strengthening technique for concrete beams using externally unbended high-strength bars. The advantages of proposed method lie in speed and simplicity of construction compared to the alternative strengthening method. Externally unbended reinforcement retains many of the advantages over external unbended prestressed tendons. It eliminates time consuming stressing operations. Clearance requirements around anchorages are reduced as access is not required for prestressing jacks. Test results of eight specimens on reinforced concrete beams using different reinforcement materials such as carbon fiber sheet, steel plate and high-tension bar are reported. The beam strengthened by carbon fiber sheet showed a brittle failure mode due to the separation of fiber. As a result of draped profile of external bar, the maximum strength of the beam were increased by up to 212 percent and the deflections were reduced by up to 65 percent. Test results show that the beams reinforced with high-tension bar are superior to reference specimens, especially for the strength and deformation capacity.
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.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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