CFRP has been widely used for strengthening reinforced concrete members in last decade. The strain transfer mechanism from concrete face to CFRP is a key factor for rigidity, ductility, energy dissipation and failure modes of concrete members. For these reasons, determination of the effective CFRP bonding length is the most crucial step to achieve effective and economical strengthening. In this paper, generalizations are made on effective bonding length by increasing the amount of test data. For this purpose, ANSYS software is employed, and an experimentally verified nonlinear finite element model is prepared. Special contact elements are utilized along the concrete-CFRP strip interface for investigating stress distribution, load-displacement behavior, and effective bonding length. Then results are compared with the experimental results. The finite element model found consistent results with the experimental findings.
The effects of surface treatment method of reinforcing fiber on the bonding strength between carbon fiber reinforced polymer rebar (CFRP rebar) and high strength concrete have been evaluated in this study. The structural PVA fiber is coated with a proprietary hydrophobicoiling agent and crimped type polyolefin based structural synthetic fiber is deformed with a geometrical modification were used for the reinforcing fiber. The compressive tests have been performed to evaluate the strength property of high strength concrete depending on the surface treatment method of fiber. The bonding property between the high strength concrete and the CFRP rebar was evaluated by means of direct bonding test. The test results indicated that the surface treatment method of fiber effect on the bonding behavior of high strength concrete and CFRP rebar. Also, as the development and propagation of splitting cracks were controled by adding fibers into the high strength concrete, the bonding behavior, bond strength and relative bonding strength of CFRP rebar and high strength concrete were significantly improved.
Bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites has become a popular technique for strengthening concrete structures in recent years. The bond stress between concrete and CFRP is the main factor determining the strength, rigidity, failure mode and behavior of a reinforced concrete member strengthened with CFRP. The accurate evaluation of the strain is required for analytical calculations and design processes. In this study, the strain between concrete and bonded CFRP sheets across the notch is tested. In this paper, indirect axial tension is applied to CFRP bonded test specimen by a four point bending tests. The variables studied in this research are CFRP sheet width, bond length and the concrete compression strength. Furthermore, the effect of a crack- modeled as a notch- on the strain distribution is studied. It is observed that the strain in the CFRP to concrete interface reaches its maximum values near the crack tips. It is also observed that extending the CFRP sheet more than to a certain length does not affect the strength and the strain distribution of the bonding. The stress distribution obtained from experiments are compared to Chen and Teng's (2001) analytical model.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.287-290
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2005
CFRP strips manufactured in factory are produced normally with smaller width and larger thickness than CFRP sheets. By this reason, bonding force between CFRP strips and concrete substrate is not sufficient to sustain tensile force in CFRP strips. Therefore premature debonding failure cannot be avoided when strengthening is done by simply bonding the CFRP strips. The flexural strength of RC beam strengthened with CFRP strips must be calculated based on the effective strain considering debonding failure. This paper presents test results of an experimental study conducted to evaluate the flexural strength on RC beams strengthened with CFRP strips. 7 specimens were tested with respect to bond length and amount of CFRP strips. From the test results, it was indicated that the strain of the CFRP strips achieved at debonding failure can be decreased less than 6,000$\mu$ depending on the amount of CFRP strips.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.399-404
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2002
This paper presents the results cf research on improved flexural performance cf reinforced concrete beams strengthened with bonded carbon fiber reinforced polymer plate. Recently, strengthening technique with CFRP plate were almost carried out by external bonding. But current external bonding technique cf CFRP plates may result in debonding CFRP plate. Therefore, this study proposes a strengthening method that prevents or delays debonding between CFRP plates and concrete and at the same time improves the strength. For this test, there were only 14 test beams manufactured and failure load, deflection, strains and modes cf failure have been examined Test variables included the type cf strengthening, steel ratio and strengthening length, and the effects according to each test variables were analyzed. The experimental results show that the strength and stiffness cf the beam significantly increased between 34.55 and 116.51% and the increase cf the more lead-carrying capacity than the control beams.
Mohammad Reza Halvaeyfar;Ehsanollah Zeighami;S. Mohammad Mirhosseini;Ali Hassani Joshaghani
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.4
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pp.375-389
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2023
In many fiber concrete beams with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), debonding occurs between the carbon sheets and the concrete due to the low strength of the bonding resin. A total of 42 fiber concrete beams with a cross-section of 10×10 cm with a span length of 50 cm are fabricated and retrofitted with CFRP and subjected to a 4-point bending test. Graphene Oxide (GO) at 1, 2, and 3 wt% of the resin is used to improve the mechanical properties of the bonding resins, and the effect of length, width, and the number of layers of CFRP and resin material are investigated. The crack pattern, failure mode, and stress-strain curve are analyzed and compared in each case. The results showed that adding GO to polyamine resin could improve the bonding between the resin and the fiber concrete beam. Furthermore, the optimum amount of nanomaterials is equal to 2% by the weight of the resin. Using 2% nanomaterials showed that by increasing the length, width, and number of layers, the bearing and stiffness of fiber concrete beams increased significantly.
The wood-concrete composite is an interesting solution in the field of Civil Engineering to create high performance bending elements for bridges, as well as in the building construction for the design of wood concrete floor systems. The authors of this paper has been working for the past few years on the development of the bonding process as applied to wood-concrete composite structures. Contrary to conventional joining connectors, this assembling technique does ensure an almost perfect connection between wood and concrete. This paper presents a careful theoretical investigation into interfacial stresses at the level of the two interfaces in composite wooden beam- reinforced concrete slab strengthened by external bonding of prestressed composite plate under a uniformly distributed load. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in all parts of the strengthened composite beam, i.e., the wooden beam, RC slab, the CFRP plate and the adhesive layer. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. This research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the CFRP- wooden-concrete hybrid structures.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.763-768
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2000
The purpose of this paper is to predict the flexural strengthening of reinforced concrete beams by the external bonding of carbon fiber reinforced plate(CFRP) to the tension face of the beam. Used computational equation is derived by relation of stress an strain. This equation is applied to four-nondamage beam and tow-preloading beam. Six scale beams were tested to evaluate the strength enhancement provided by the CFRP. And describes the strength enhancement provided to the flexural capacity of reinforced concrete beam by the external bonding of CFRP. An inelastic section analysis procedure was developed that accurately predicts the load displacement response of the retrofitted beams.
In this study, the behavior characteristics of specimen strengthened with CFRP plate were analyzed according to the change of temperature. CFRP plate itself has a good resistance at the high temperature, but epoxy used as a adhesive is lost its bonding strength at the relatively low temperature. Therefore, this study carries out experiment on the beams slot-bonded with CFRP plates in order to maintain the successful bonding strength of epoxy at high temperature. It is presented that the range of glass transition temperature is 60-8$0^{\circ}C$ and RC beams slot-bonded with CFRP plate shows more increasing resistance and failure load than that of interface bonded at the high temperature.
Hashemi, Seyed Hamid;Maghsoudi, Ali Akbar;Rahgozar, Reza
Structural Engineering and Mechanics
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v.30
no.4
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pp.403-426
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2008
Externally bonding fiber reinforced polymer (FRP) sheets with an epoxy resin is an effective technique for strengthening and repairing reinforced concrete (RC) beams under flexural loads. Their resistance to electro-chemical corrosion, high strength-to-weight ratio, larger creep strain, fatigue resistance, and nonmagnetic and nonmetallic properties make carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites a viable alternative to bonding of steel plates in repair and rehabilitation of RC structures. The objective of this investigation is to study the effectiveness of CFRP sheets on ductility and flexural strength of reinforced high strength concrete (HSC) beams. This objective is achieved by conducting the following tasks: (1) flexural four-point testing of reinforced HSC beams strengthened with different amounts of cross-ply of CFRP sheets with different amount of tensile reinforcement up to failure; (2) calculating the effect of different layouts of CFRP sheets on the flexural strength; (3) Evaluating the failure modes; (4) developing an analytical procedure based on compatibility of deformations and equilibrium of forces to calculate the flexural strength of reinforced HSC beams strengthened with CFRP composites; and (5) comparing the analytical calculations with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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