In this study, the flexural behaviors of one- and two-way reinforced concrete (RC) slabs strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) strips under impact loads were investigated. The flexural strengthening of RC slabs under simulated static monotonic loads has been comprehensively studied. However, the flexural behavior of RC slabs strengthened with CFRP strips has not been investigated extensively, particularly those conducted numerically. Nonlinear three-dimensional finite element models were developed, executed, and verified against previous experimental results, producing satisfactory models with approximately 4% error. The models were extended to a parametric study, considering three geometric parameters: the slab rectangularity ratio, CFRP strip width, and CFRP strip configuration. Finally, the main results were used to derive a new formula for predicting the total deflection of RC slabs strengthened with CFRP strips under impact loads with an error of approximately 10%. The proposed equation reflected the slab rectangularity, CFRP strip width, equivalent slab stiffness, and dropped weight. Results indicated that the use of CFRP strips enhanced the overall impact performance, the wider the CFRP width, the better the enhancement. Moreover, the application of diagonally oriented CFRP strips diminished the cracking zone compared to straight strips. Additionally, the diagonal orientation of CFRP strips was more efficient for two-way slabs while the vertical orientation was found to be better in the case of one-way slabs.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.697-702
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1997
This study presents test results of RC beams strengthened by carbon fiber sheet (CFS) or carbon fiber reinforced plastics (CFRP) for increasing shear resistance. Fifteen specimens were tested, and the test was performed with different parameters including the type of strengthening materials (CFS, CFRP), shear-strengthening methods (wing type, jacket type, strip type), strip-spacing, strengthening direction of FRP. The results show that shear-damaged RC beams strengthened by either CFS or CFRP have more improved the shear capacity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.289-295
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2008
The purpose of this study was to examine the flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with CFRP strips. A total of 12 rectangular beams were tested. Test variables in this study were the shapes, bonded length and the number of longitudinal layers of CFRP strips. From the experimental study, flexural capacity of the beams strengthened with CFRP strips significantly increased compared to the reinforced concrete beam without a CFRP strip. Maximum increase of ultimate strength was found about 120% more than the control beam. In this test, most of the strengthened beams failed suddenly due to the debonding of CFRP strips. It is also observed that the debonding of the strip was initiated in the flexural zone of the beam and propagated rapidly to the end of the beam. The ultimate tensile strains of CFRP strips in this test were occurred at the level of 36% of rupture tensile strength of the CFRP strip, and an analytical approach to compute the flexural strength of reinforced beams strengthened with CFRP strips based on the effective stresses was conducted.
CFRP strips are widely used nowadays for repair/strengthening or capacity increase purposes. Sharp bending at the ends of the CFRP strips is frequently encountered at these applications. In this study, Reinforced Concrete (RC) beam specimens that were produced with 10 MPa compression strength concrete were strengthened by using bonded CFRP strips with end anchorages to tension region. The parameters that were investigated in this study are the width of the strip, the number of applied fan anchorages and whether additional layer of CFRP patch is used or not at the strip ends. Specimens were strengthened with 100 mm wide CFRP strips with one or two anchorages at the ends. In addition CFRP patch with two and three anchorages at the ends were tested for investigating the effect of the patches. Specimens that were strengthened with three anchorages at the ends with patches were repeated with 60 and 80 mm wide CFRP strips. The most successful result was obtained from the specimen that was strengthened with 80 mm wide CFRP strips with 3 end anchorages and patches among the others at the experimental program. The numbers of anchorages that were applied to ends of CFRP strips were more effective than the width of the CFRP strips onto strength and stiffness of the specimens. Due to limited space at the ends of the strips at most three anchorages could be applied.
The main goal of this study was to examine the shear behavior of reinforced concrete beams strengthened with CFRP strups. Seven rectangular beams were tested. The test variables were the configuration types, spacing length of CFRP strips and the amount of reinforced stirrups bars. From this experimental study, the shear capacity of beams strengthened with CFRP increased significantly compared to the beam without CFRP strip. Maximum increase of ultimate shear strength was found about 100% more than that of the beam without a CFRP strip and the CFRP strips attached in the shear region can resist the occurrence of the initial shear cracks and the propagation of major shear cracks. In this test, most of the shear strengthened beams failed suddenly due to the debonding of CFRP strips. A calculation of the shear strength of reinforced beams strengthened with CFRP strips based on the effective stresses was conducted and the comparisons were made with the test results.
In this study, the performance of shear deficient reinforced concrete (RC) beams with rectangular cross-sections, which were externally bonded reinforced (EBR) with high strength CFRP and GFRP strips composite along shear spans, has been experimentally and analytically investigated under vertical load. In the study, the minimum CFRP and GFRP strips width over spacing were considered. The shear beam with turned end to a bending beam was investigated by applying different composite strips. Therefore various arising in each of strength, ductility, rigidity, and energy dissipation capacity were obtained. A total of 12 small-scaled experimental programs have been performed. Beam dimensions have been taken as 100×150×1000 mm. Four beams have been tested as unstrengthened samples. This paper focuses on the effect of minimum CFRP and GFRP strip width on behaviours of RC beams shear-strengthened with full-wrapping, U-wrapping, and U-wrapping+longitudinal bonding strips. Strengthened beams showed significant increments for flexural ductility, energy dissipation, and inelastic performance. The full wrapping strips applied against shear failure have increased the load-carrying capacity of samples 53%-63% interval rate. Although full wrapping is the best strengthening choice, the U-wrapping and U-wrapping+longitudinal strips of both CFRP and GFRP bonding increased the shear capacity by 53%~75% compared to the S2 sample. In terms of ductility, the best result has been obtained by the type of strengthening where the S5 beam was completely GFRP wrapped. The experimental results were also compared with the analytically given by ACI440.2R-17, TBEC-2019 and FIB-2001. Especially in U-wrapped beams, the estimation of FIB was determined to be 81%. The estimates of the other codes are far from meeting the experimental results; therefore, essential improvements should be applied to the codes, especially regarding CFRP and GFRP deformation and approaches for longitudinal strip connections. According to the test results, it is suggested that GFRP, which is at least as effective but cheaper than CFRP, may be preferred for strengthening applications.
This study presents test results of RC beams strengthened by carbon fiber sheet(CFS), carbon fiber reinforced plastics(CFRP) or glass fiber reinforced plastics(GFRP) for increasing shear resistance. Nineteen specimens were tested, and the test was performed with different parameters including the type of strengthening materials(CFS, GFRP, CFRP), shear-strengthening methods(wing type, jacket type, strip type), strip-spacing, strengthening direction of FRP. The test results show that shear-damaged RC beams strengthened by FRP(CFS, GFRP, CFRP) have more improved the shear capacity. The mathematical model based on plastic theory was also developed to predict shear strength of shear-damaged RC beams strengthened by FRP. The predictions using the mathematical model. are agreed with the observations from the observed shear strengths for 19 test beams.
Jayaprakash, J.;Samad, Abdul Aziz Abdul;Abbasovich, Ashrabov Anvar;Ali, Abang Abdullah Abang
Structural Engineering and Mechanics
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v.26
no.4
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pp.427-439
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2007
The exploitation of fibre reinforced polymer composites, as external reinforcement is an evergreen and well-known technique for improving the structural performance of reinforced concrete structures. The demand to use FRP composites in the civil engineering industry is mainly due to its high strength, light weight, and stiffness. This paper exemplifies the shear strength of partially precracked reinforced concrete rectangular beams repaired with externally bonded Bi-Directional Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) Fabrics strips. All specimens were cast in the laboratory environment without any internal shear reinforcement. The test parameters were longitudinal tensile reinforcement, shear span to effective depth ratio, spacing of CFRP strips, and orientation of CFRP reinforcement. It mainly focuses on the shear capacity and modes of failure of the CFRP strengthened shear beams. Results have shown that the CFRP repaired beams attained a shear enhancement of 32% and 107.64% greater than the control beams. This study underscores that the CFRP strip technique significantly enhanced the shear capacity of precracked reinforced concrete rectangular beams without any internal shear reinforcement.
Altin, Sinan;Anil, Ozgur;Toptas, Tolga;Kara, M. Emin
Steel and Composite Structures
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v.11
no.3
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pp.207-223
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2011
The results of an experimental investigation are presented in this paper for retrofitting of shear damaged reinforced concrete beams by using U shaped CFRP strips. The experimental program is consisted of seven shear deficient T cross sectioned 1/2 scale simply supported beam specimens. One beam was used as reference specimen, and the remaining six specimens were tested in two stages. At the first stage, specimens were shear damaged severely, and then were retrofitted by using CFRP strips with or without fan type anchorages. Finally, retrofitted beams were tested up to failure. Three different CFRP strip spacing were used such as 125 mm, 150 mm, and 200 mm. The effect of anchorages on shear strength and behavior of the retrofitted specimens is investigated. CFRP strips without anchorages improved the shear strength, but no flexural failure mode was observed. Specimens showed brittle shear failure due to peeling of CFRP strip from RC beam surface. Shear damaged specimens retrofitted with anchoraged CFRP strips showed improved shear strength and ductile flexural failure. Maximum strains at anchoraged strips were approximately 68% larger than that of strips without anchorages.
Han, Sang Hoon;Hong, Ki Nam;Shin, Byoung Gil;Lim, Jin Mook;Kwak, So Shin
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.5
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pp.178-189
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2011
Tests and analyses were performed in this study to assess the shear strength of Reinforced Concrete(RC) members strengthened by the Near Surface Mounted(NSM) technique in shear, which is drawing attention as an alternative to the Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) bonding strengthening technique. Four-point bending tests were performed on 7 RC specimens without any shear reinforcement. The test variables such as the inclination of CFRP strip (45 degrees and 90 degrees), and the spacing of CFRP strip (250mm, 200mm, 150mm, 100mm) were considered. Through the testing scenarios, the effect of each test variable on the failure mode and the shear strength of the RC members strengthened by the NSM technique in shear were assessed. The test results show that the specimens with CFRP strips at 45 degrees go to failure as a result of the strip fracture, but the specimens with CFRP strips at 90 degrees go to failure as a result of the slip of strips. Strips at 45 degrees was the more effective than strips at 90 degrees, not only in terms of increasing beam shear resistance but also in assuring larger deformation capacity at beam failure. In addition, the RBSN analysis appropriately predicted the crack formation and the load-displacement response of the RC members strengthened by the NSM technique in shear.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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