Shehab, Hamdy K.;Eisa, Ahmed S.;El-Awady, Kareem A.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.327-341
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2017
Openings in slabs are usually required for many different applications such as aeriation ducts and air conditioning. Opening in concrete slabs due to cutouts significantly decrease the member stiffness. There are different techniques to strengthen slabs with opening cutouts. This study presents experimental and numerical investigations on the use of Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) as strengthening material to strengthen and restore the load carrying capacity of R.C. slabs after having cutout in the hogging moment region. The experimental program consisted of testing five (oneway spanning R.C. flat slabs) with overhang. All slabs were prismatic, rectangular in cross-section and nominally 2000 mm long, 1000 mm width, and 100 mm thickness with a clear span (distance between supports) of 1200 mm and the overhang length is 700 mm. All slabs were loaded up to 30 kN (45% of ultimate load for reference slab, before yielding of the longitudinal reinforcement), then the load was kept constant during cutting concrete and steel bars (producing cut out). After that operation, slabs were loaded till failure. An analytical study using finite element analysis (FEA) is performed using the commercial software ANSYS. The FEA has been validated and calibrated using the experimental results. The FE model was found to be in a good agreement with the experimental results. The investigated key parameters were slab aspect ratio for the opening ratios of [1:1, 2:1], CFRP layers and the laminates widths, positions for cutouts and the CFRP configurations around cutouts.
Sakr, Mohammed A.;El-khoriby, Saher R.;Khalifa, Tarek M.;Nagib, Mohammed T.
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.3
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pp.407-417
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2017
RC shear walls are considered one of the main lateral resisting members in buildings. In recent years, FRP has been widely utilized in order to strengthen and retrofit concrete structures. A number of experimental studies used CFRP sheets as an external bracing system for retrofitting of RC shear walls. It has been found that the common mode of failure is the debonding of the CFRP-concrete adhesive material. In this study, behavior of RC shear wall was investigated with three different micro models. The analysis included 2D model using plane stress element, 3D model using shell element and 3D model using solid element. To allow for the debonding mode of failure, the adhesive layer was modeled using cohesive surface-to-surface interaction model at 3D analysis model and node-to-node interaction method using Cartesian elastic-plastic connector element at 2D analysis model. The FE model results are validated comparing the experimental results in the literature. It is shown that the proposed FE model can predict the modes of failure due to debonding of CFRP and behavior of CFRP strengthened RC shear wall reasonably well. Additionally, using 2D plane stress model, many parameters on the behavior of the cohesive surfaces are investigated such as fracture energy, interfacial shear stress, partial bonding, proposed CFRP anchor location and using different bracing of CFRP strips. Using two anchors near end of each diagonal CFRP strips delay the end debonding and increase the ductility for RC shear walls.
Serror, Mohammed H.;Soliman, Essam G.;Hassan, Ahmed F.
Steel and Composite Structures
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v.23
no.4
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pp.385-397
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2017
Currently, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) plate bonding is used quite extensively as a strengthening method. In this technique, a composite CFRP plate or sheet of relatively small thickness is bonded with an adhesion material to steel or concrete structure in order to improve its structural behavior and strength. The sheets or plates do not require much space and give a composite action between the adherents. In this study, the rotation capacity of CFRP-strengthened cold-formed steel (CFS) beams has been evaluated through numerical investigation. Studies on different structural levels have been performed. At the beam level, C-section has been adopted with different values of profile thickness, web height, and flange width. At the connection level, a web bolted moment resistant type of connection using through plate has been adopted. In web-bolted connections without CFRP strengthening, premature web buckling results in early loss of strength. Hence, CFRP sheets and plates with different mechanical properties and geometric configurations have been examined to delay web and flange buckling and to produce relatively high moment strength and rotation capacity. The numerical results reveal that CFRP strengthening may increase strength, initial stiffness, and rotation capacity when compared with the case without strengthening.
Chaoyang Zhou;Yanan Yu;Chengfeng Zhou;Xuejun He;Yi Wang
Steel and Composite Structures
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v.48
no.5
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pp.599-610
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2023
To avoid debonding failure, a novel type of hybrid anchorage (HA) is proposed in this study that uses a slotted plate to lock the ends of the fiber-reinforced polymer (FRP) sheet in addition to the usual bonding over the substrate of the strengthened member. An experimental investigation was performed on three groups of RC beams, which differed from one another in either concrete strength or steel reinforcement ratio. The test results indicate that the end self-locking of the CFRP sheet can improve the failure ductility, ultimate capacity of the beams and its utilization ratio. Although intermediate debonding occurred in all the strengthened beams, it was not a fatal mode of failure for the three specimens with end anchorage. Among them, FRP rupture occurred in the beam with higher concrete strength and lower steel reinforcement ratio, whereas the other two failed by concrete crushing. The beam strengthened by HA obtained a relatively high percentage of increase in ultimate capacity when the rebar ratio or concrete strength decreased. The expressions in the literature were inspected to calculate the critical loads at intermediate debonding, FRP rupturing and concrete crushing after debonding for the strengthened beam. Then, the necessity of further research is addressed.
In this paper, a total of 13 beams with bonding, anchorage system, amount of prestressing and span length as variables of experiment were tested in flexural test and analyzed in finite element analysis; one control beam, two simplified FRP-boned beams, four prestressed FRP-unbonded beams and four prestressed FRP-bonded beams. Also, a nonlinear finite element analysis of beams in the flexural test is performed by DIANA program considered material nonlinear of concrete, reinforcement and the interfacial bond-slip model between concrete and CFRP plates. The failure mode of prestressed CFRP plated-beams is not debonding but FRP rupture. RC members strengthened with external bonded prestressed CFRP plates occurred 1st and 2nd debonding of the composite material. After the debonding of CFRP plates occurs in bonded system, behavior of bonded CFRP-plated beams change into that of unbonded CFRP-plated beams due to fix of the anchorage system. Also, It was compared flexural test results and analytical results of RC members strengthened with CFRF plates. The ductility of beams strengthened by CFRP plates with the anchorage system is considered high with the ductility index of above 3. Analysis results showed a good agreement with experiment results in the debonding load, yield load and ultimate load.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.6
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pp.1687-1694
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2014
Recently FRP of carbon fibers is utilized as a repairing and reinforcing material for concrete structures. In this study, the bond performance between CFRP planks and ductile fiber reinforced cementitious composites was evaluated in order to develop a new system of concrete bridge deck to take advantage of the FRP planks of carbon fiber using as a permanent formwork. In order to strengthen the bonding between the FRP and cast-in-place concrete, an epoxy resin circulated in the market generally was fitted with a silica sand. The bond stress of ordinary concrete appeared in 2.11~5.43MPa and the bond stress of ductile fiber reinforced cementitious composites DC1 (RF4000) and DC2 (PP) respectively were 3.91~5.60MPa, 2.92~5.21MPa and the average bond stress of DC3 (RF4000+RSC15) and DC4 (PP+RSC15) were 4.80~5.58MPa, 5.57~5.89MPa.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2A
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pp.301-310
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2006
Carbon fiber reinforced polymer (CRFP) materials are well suited to the rehabilitation of civil engineering structures due to their corrosion resistance, high strength to weight ratio and high stiffness to weight ratio. Their application in the field of the rehabilitation of concrete structures is increased due to the vast number of bridges and buildings in need of strengthening. However, RC members, strengthened with externally bonded CFRP plates, happened to collapse before reaching the expected design failure load. Therefore, it is necessary to develop the new strengthening method to overcome the problems of previous bonded strengthening method. This problems can be solved by prestressing the CFRP plate before bonding to the concrete. In this study, a total of 21 specimens of 3.3 m length were tested by the four point bending method after strengthening them with externally bonded CFRP plates. The CFRP plates were bonded without prestress and with various prestress levels ranging from 0.4% to 0.8% of CFRP plate strain. All specimen with end anchorage failed by a plate fracture regardless of the prestress levels while the specimen without end anchorage failed by the separation of the plate from the beam due to premature debonding. The cracking loads was proportionally related to the prestress levels, but the maximum loads of specimens strengthened with prestressed CFRP plates were insignificantly affected by the prestress levels.
Sohn, Hoon;Kim, Seung Dae;In, Chi Won;Cronin, Kelly E.;Harries, Kent
Smart Structures and Systems
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v.4
no.4
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pp.391-406
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2008
This study attempts to develop a real-time debonding monitoring system for carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) strengthened structures by continuously inspecting the bonding condition between the CFRP layer and the host structure. The uniqueness of this study is in developing a new concept and theoretical framework of nondestructive testing (NDT), in which debonding is detected without relying on previously-obtained baseline data. The proposed reference-free damage diagnosis is achieved based on the concept of time reversal acoustics (TRA). In TRA, an input signal at an excitation point can be reconstructed if the response signal measured at another point is reemitted to the original excitation point after being reversed in the time domain. Examining the deviation of the reconstructed signal from the known initial input signal allows instantaneous identification of damage without requiring a baseline signal representing the undamaged state for comparison. The concept of TRA has been extended to guided wave propagations within the CFRP-strengthened reinforced concrete (RC) beams to improve the detectibility of local debonding. Monotonic and fatigue load tests of large-scale CFRP-strengthened RC beams are conducted to demonstrate the potential of the proposed reference-free debonding monitoring system. Comparisons with an electro-mechanical impedance method and an inferred imaging technique are provided as well.
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.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.450-455
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1997
In recent years the research and development about the new material proceeds rapidly and actively in building industry. We are concerned with high-strength concrete as a new material. As the building structure becomes bigger, higher and more specialized, so does the demand of material and member with high strength for building expands greatly. In the future, we will quite need to research repair and rehabilitation to make high strength concrete structural building for our safe. So, I did an study on carbon fiber sheet rehabilitation(CFSR) of reinforced high strength concrete beams. The carbon fiber reinforced plastic(CFRP) bonding method is widely used for reinforcing the existing concrete structure among the various methods. The test results indicate that CFS is very effective for strengthening the damaged beams and controlling deflections of the repaired beams. When carbon fiber sheet rehabilitation of reinforced high strength concrete beams happened diagonal crack, the increase in the number of CFS layer didn't effect the increase in strength of beams. Also, by changing the CFS stick position gave diversified ultimate load in CFSR beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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