This paper presents the failure mode and strengthening design of reinforced concrete slab strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) grid. Parameters involved in this experimental study are FRP grid reinforcement quantity, repair mortar thickness, the presence of anchor, and strengthening in compression. In this study, there are different failure types with increasing the CFRP grid strengthening reinforcement. On the low strengthening level, CFRP grid in repair mortar cover ruptures. On the moderate strengthening level, there is a debonding shear failure in the interface of carbon FRP grid because of the excessive shear deformation. On the high strengthening level, diagonal shear failure occurs. With the increasing of FRP grid reinforcement, the strengthening effect increased, but the ductility decreased. By limiting the strengthening level, it can be achieved to prevent shear failure which result in sudden loss in the resisting load capacity. CFRP rupture failure is desirable, because CFRP ruptured concrete slab keeps the same load capacity and ductility haying before strengthening even after failure. Finally, design guideline and procedure are given for strengthening of concrete slab with CFRP grid.
Steel structures often require strengthening due to the increasing life loads, or repair caused by corrosion or fatigue cracking. Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) is one of the materials used to strengthen steel structures. Most studies on strengthening steel structures have been carried out on steel beams and steel columns under centric compression load. No independent article, to the author's knowledge, has studied the effect of CFRP strengthening on steel columns under eccentric compression load, and it seems that there is a lack of understanding on behavior of CFRP strengthening on steel columns under eccentric compression load. However, this study explored the use of adhesively bonded CFRP flexible sheets on retrofitting square hollow section (SHS) steel columns under the eccentric compression load, using numerical investigations. Finite Element Method (FEM) was employed for modeling. To determine ultimate load of SHS steel columns, eight specimens with two types of section (Type A and B), strengthened using CFRP sheets, were analyzed under different coverage lengths, the number of layers, and the location of CFRP composites. Two specimens were analyzed without strengthening (control) to determine the increasing rate of the ultimate load in strengthened steel columns. ANSYS was used to analyze the SHS steel columns. The results showed that the CFRP composite had no similar effect on the slender and stocky SHS steel columns. The results also showed that the coverage length, the number of layers, and the location of CFRP composites were effective in increasing the ultimate load of the SHS steel columns.
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.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1996.04a
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pp.328-333
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1996
Concrete can be defective for several reasons, including an inadequate design, material selection of workmanship, failure to appreciate the hazards associated with prevailing enviromental conditions. Concrete can also deteriorate or be damaged in use. Thus, it is necessary to evaluate the safety of existing concrete strucutres. On the basis of these reasons, they must be performed for repair or rehabilitation. Presently, strengthening methods of R/C structure used in Korea, are an enlargement of concrete member, strengthening with steel plate or CFRP on the R/C structure. It has been widely estabilished that strengthening effect of CFRP is superior to steel plate in terms of it's lighter unit weight and higher tensile strength. But there are no construction results of CFRP on the civil R/C structure in Korea. The strengthening design technique with CFRP, it's const겨ction, and it's strengthening effect for deteriorated R/C rahmen bridge is introduced in this paper.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.4
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pp.108-113
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2018
Researches on strengthening and rehabilitation methods are being widely conducted due to the deterioration of existing concrete structures. Use of externally bonded Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) strips for the rehabilitation is a cost-effective and time-saving method. Generally, the CFRP layout for the shear strengthening was a uni-directional layout. Many researches have focused on the variables of the uni-directional CFRP layout such as the amount of material, angle, and spacing. Pilot tests indicated that the effective confinement of the concrete member can be provided with the bi-directional CFRP layout than the uni-directional layout. Therefore, the test was carried out after the uni- and bi-directional strengthening work using the same amount of CFRP material. CFRP anchors were installed to prevent unexpected premature CFRP delamination failure before reaching CFRP fracture strain. The effectiveness of the CFRP anchor and bi-directional CFRP layout for shear strengthening was verified based on the principal tensile strain contours.
This paper presents the behavior and strengthening effect of reinforced concrete rectangular beams strengthened using CFRP sheets with different strengthening level. In general, normally strengthened beams are failed by interfacial shear failure (delamination) within concrete, instead of by tensile failure of the CFRP sheets. The delamination occurred suddenly and the concrete cover cracked vertically by flexure was spalled off due to the release energy. The strengthened beams were stiffer than the control beam before and after reinforcement yielding. The ultimate load considerably increased with an increase of strengthening level, while the ultimate deflection significantly decreased. The tensile force of CFRP sheets and average shear stress of concrete at delamination failure were curvilinearly proportional to the strengthening level. Therefore, the increment of ultimate load obtained by strengthening was curvilinearly proportional to the strengthening level. The averaged horizontal shear stress of concrete at the interface ranges between (equation omitted) and (equation omitted) (in kg/$\textrm{cm}^2$) depending on strengthening level.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.781-786
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2000
This paper presents the behavior and strenghening effect of reinforced concrete rectangular beams strengthened sing CFRP sheets with different strengthening level. In general, normally strengthened beams are failed by interfacial shear failure (delamination) within concrete, instead of by tensile failure of the CFRP sheets. The delamination occurred suddenly and the concrete cover cracked vertically by flexure was spalled off due to the release energy. The ultimate load considerably increased with an increase of strengthening level, while the ultimate deflection significantly decreased. The tensile force of CFRP sheets and average shear stress of concrete at delamination failure were curvilinearly proportional to the strengthening level. Therefore, the increment of ultimate load obtained by strengthening was curvilinearly proportional to th strengthening level.
CFRP plates has been established as an effective method for rehabilitation and strengthening of concrete structures. The CFRP reinforcements are bonded to beams and slabs using structural adhesives. Adhesive strength can be affected by environmental exposure. During freezing-and-thawing cycling, temperature-induced stresses in the adhesive layer, due to differential thermal expansion between the CFRP and the substrate concrete, may lead to bond damage and contribute to or cause premature CFRP composite separation. This paper presents the results of experimental program undertaken to investigate the effects of freeze-thaw cycling (from -18 to $4^{\circ}C$) on the behavior and failure characteristics of RC beams strengthened in shear with CFRP plate using acoustic emission (AE) technique.
This paper performs an experimental study on the flexural behavior of preloaded reinforced self-compacted concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymers CFRP. A group of six preloaded strengthened beams was investigated along with one unstrengthened beam used as a reference beam RB. All beams have the same dimensions and reinforcement details: three beams are strengthened with CFRP laminates against flexural failure and three beams are strengthened with CFRP sheets. For simulating actual conditions, the beams are loaded before strengthening. Then, after strengthening, the beams are tested for flexural strength using 4-point loads where cracked and ultimate load and failure mode, along with load-deflection relation are recorded. To study the different configurations of strengthening, one layer, two layers, and U-wrap formation of laminates and sheets are considered. The results show that strengthing the RC beams using CFRP is an effective method to increase the beam's capacity by 47% up to 153% where deflection is reduced by 5%-80%. So, the beams strengthened with CFRP laminates have higher load capacity and lower ductility in comparison with the beams strengthened with CFRP sheets.
This paper contains the experimental results on strengthening effect of RC beams strengthened with NSM CFRP reinforcement and various strengthening details. A total of 14 beams have been tested to analyze strengthening effects of NSMR with various reinforcement details. Variables were cross-sectional shape of CFRP reinforcements, strengthening areas, grooves the number and location etc. Test results revealed that failure modes of NSMR showed two types. One was bond failure at interface between concrete and filler and the other was CFRP rupture. Also, failure mode of specimens with two grooves occurred premature bond failure because of superposition of failure surfaces at concrete around grooves. failure mode of MI specimens considered the equivalent section have changed bond failure to CFRP rupture and CFRP efficiency has improved 83% to 100%.
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