Kim, Young-Jin;Park, Seung-Hee;Jin, Kyu-Nam;Lee, Chang-Gil
Land and Housing Review
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v.2
no.4
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pp.407-413
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2011
This paper reports a novel structural health monitoring (SHM) technique for detecting de-bonding between a concrete beam and CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) sheet that is attached to the concrete surface. To achieve this, a multi-scale actuated sensing system with a self-sensing circuit using piezoelectric active sensors is applied to the CFRP laminated concrete beam structure. In this self-sensing based multi-scale actuated sensing, one scale provides a wide frequency-band structural response from the self-sensed impedance measurements and the other scale provides a specific frequency-induced structural wavelet response from the self-sensed guided wave measurement. To quantify the de-bonding levels, the supervised learning-based statistical pattern recognition was implemented by composing a two-dimensional (2D) plane using the damage indices extracted from the impedance and guided wave features.
Park, Yong Deuk;Shin, Seung Kyo;Kang, Suk Hwa;Lim, Yun Mook
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3A
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pp.221-228
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2010
External bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets has been widely accepted as a popular method for strengthening of deteriorated RC structures. The long-term behavior of CFRP-strengthened RC structure is often affected by that of the interface between CFRP sheets and concrete. This study aims at applying a viscoelastic model to describe the creep behaviour of the adhesive layer bonding CFRP sheet to concrete, the CFRP-concrete interface. Reviews of available models on concrete creep behavior have been first carried out and then new FE analysis model is proposed. The proposed FE analysis model based on the maxwell model has been verified by previous experimental results. It is shown that the creep effect of interfacial adhesive layer is very important on the long-term behavior of concrete structures strengthened with CFRP.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.4
no.3
s.13
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pp.85-91
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2004
Rehabilitations of reinforced concrete(RC) structures using advanced fibre-reinfored plastic(FRP) composites has become very popular in last few years. Typical method of strengthening strategy using FRP composite is bonding the CFRP plate or sheet on the surface of existing concrete structures. Many researches, however, have shown that bonding FRP plate or sheet on the surface of concrete has tendancy to debond prematurely induced by stress concentrations at the end of the plate. In order for overcoming the premature failure, the filling-up method which places FRP-rod into the existing concrete sawing groove has been developed. Through filling-up test results, aims of this research is to investigate the efficiencies of the filling-up method and is to determine the availabilities of traditional flexural theories that has provided all over the world.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.5
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pp.72-78
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2010
A CFRP (Carbon Fiber-Reinforced Plastic) strengthening method is being very widely used to increase the load-carrying capacity of host structures, especially for bridges. However, not only flexure and shear failures but debonding failure also might occur in CFRP strengthened concrete structures. The CFRP debonding failure would cause a collapse accident of the host structure. Therefore, real-time health monitoring about the CFRP bonding condition is strongly required. In this study, a feasibility of the impedance-based damage detection method using PZT sensors is investigated through a series of experimental study monitoring both concrete cracks and CFRP debonding defects.
This paper presents investigation of a three-dimensional (3-D) nonlinear finite element model analysis to examine the behavior of reinforced concrete beams strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composites to enhance the flexural capacity and ductility of the beams. Three-dimensional nonlinear finite element models were developed between the internal reinforcement and concrete using a smeared relationship. In addition, bond models between the concrete surface and CFRP composite were developed using a smeared bond for general analyses and a contact bond for sensitivity analyses. The results of the FEA were compared with the experimental data on full-scale members. The results of two finite-element bonding models showed good agreement with those of the experimental tests.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.1
no.1
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pp.37-43
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2007
This paper discusses the failure mode of reinforced concrete beams strengthened with composite materials based on six experimental set-ups to determine the FRP-to-concrete bond strength. Interfacial bond behavior between concrete and CFRP plates was discussed. Shear test were performed with different concrete compressive strengths (21 MPa and 28 MPa) and different bonding length (100 mm, 150 mm, 200 mm, and 250 mm). Shear test results indicate that the effective bond length (the bond length beyond which the ultimate load does not increase) was estimated as $196{\sim}204\;mm$ through linear regression analysis. Failure mode of specimens occurred due to debonding between concrete and CFRP plates. Maximum bond stress is calculated as about $3.0{\sim}3.3\;MPa$ from the relationships between bond stress and slip. Finally, the interfacial bond-slip model between CFRP plates and concrete, which is governed debonding failure, has been estimated from shear tests. Average bond stress was about $1.86{\sim}2.04\;MPa$, the volume of slip between CFRP plate and concrete was about $1.45{\sim}1.72\;mm$, and the fracture energy was found to be about $1.35{\sim}1.71\;N/mm$.
With respect to rehabilitation, strengthening and retrofitting of existing and deteriorated columns in buildings and bridges, CFRP sheets have been found effective in enhancing the performance of existing RC columns by wrapping and bonding CFRP sheets externally around the concrete. Concrete columns and piers that are confined by both lateral steel reinforcement and CFRP are sometimes referred to as "hybrid" concrete columns. With the availability of experimental data on concrete columns confined by steel reinforcement and/or CFRP, the study presents modeling using artificial neural networks (ANNs) to predict the compressive strength of hybrid circular RC columns. The prediction of the ultimate confined compressive strength of RC columns is very important especially when this value is used in estimating the capacity of structures. The present ANN model used as parameters for the confining materials the lateral steel ratio (${\rho}_s$) and the FRP volumetric ratio (${\rho}_{FRP}$). The model gave good predictions for three types of confined columns: (a) columns confined with steel reinforcement only, (b) CFRP confined columns, and (c) hybrid columns confined by both steel and CFRP. The model may be used for predicting the compressive strength of existing circular RC columns confined with steel only that will be strengthened or retrofitted using CFRP.
Recently, the external bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets has come to be regarded as a very effective method for strengthening of reinforced concrete structures. The behavior of CFRP-strengthened RC structure is mainly governed by the interfacial behavior, which represents the stress transfer and relative slip between concrete and the CFRP sheet. In this study, the effects of bonded length, width and concrete strength on the interfacial behavior are verified and a bond-slip model is proposed. The proposed bond-slip model has nonlinear ascending regions and exponential descending regions, facilitated by modifying the conventional bilinear bond-slip model. Finite element analysis results of interface element implemented with bond-slip model have shown good agreement with the experimental results performed in this study. It is found that the failure load and strain distribution predicted by finite element analysis with the proposed bond-slip are in good agreement with results of experiments.
Extensive research work has been performed on shear strengthening of reinforced concrete (RC) beams retrofitted with externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) in form of strips. However, most of this research work is experimental and very scarce studies are available on numerical modelling of such beams due to truly challenging nature of modelling concrete shear cracking and interfacial interaction between components of such beams. This paper presents an appropriate model for RC beam and to simulate its cracking without numerical computational difficulties, convergence and solution degradation problems. Modelling of steel and CFRP and their interfacial interaction with concrete are discussed. Finally, commercially available non-linear finite element software ABAQUS is used to validate the developed finite element model with key tests performed on full scale T-beams with and without CFRP retrofitting, taken from previous extensive research work. The modelling parameters for bonding behavior of CFRP with special anchors are also proposed. The results presented in this research work illustrate that appropriate modelling of bond behavior of all the three types of interfaces is important in order to correctly simulate the shear behavior of RC beams strengthened with CFRP.
You Young-Jun;Park Jong-Sup;Park Young-Hwan;Jung Woo-Tai;Kang Jae Yun
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.17-20
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2004
FRP strengthening system that bonds FRP sheet or laminate underneath structure has been used popularly thesedays. The failure of this bonding system occurs mainly at the interface of bonded surface abruptly. So it is difficult to expect the failure and FRP can't show its full material capacity that makes it uneconomically. By that reason, KICT proposed a system to install FRP aminate to structure for strengthening not by bondging but by unbonding. It is to install both ends of FRP laminate by anchoring underneath structure without bonding. Then, the failure is not an interfacial problem any more, it is governed by mechanical anchoring. This paper includes an experimental study about anchoring system for prestressing CFRP laminate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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