Structural strengthening of reinforced concrete (RC) beams is becoming essential to meet the up-gradation of existing structures due to the infrastructure development. Strengthening is also essential for damaged structural element due to the adverse environmental condition and other distressing factors. This article reviews the state of the field on repair, retrofitting and rehabilitation techniques for the strengthening of RC beams. Strengthening of RC beams using various promising techniques such as externally bonded steel plates, concrete jacketing, fibre reinforced laminates or sheets, external prestressing/external bar reinforcement technique and ultra-high performance concrete overlay have been extensively investigated for the past four decades. The primary objective of this article is to discuss investigations on various strengthening techniques over the years. Various parameters that have been discussed include the flexural capacity, shear strength, failure modes of various strengthening techniques and advances in techniques over the years. Firstly, background information on strengthening, including repair, retrofitting, and rehabilitation of RC beams is provided. Secondly, the existing strengthening techniques for reinforced concrete beams are discussed. Finally, the relative comparisons and limitations in the existing techniques are presented.
This paper presents an innovative theoretical and numerical model to predict the lateral-torsional buckling (LTB) of simply supported steel I-beams with external prestressed tendons. The model incorporates an updated prestressing force, accounting for thermal effects and various external loadings. Critical multipliers are determined by solving an eigenvalue problem derived from applying Galërkin's approach to a set of nonlinear equilibrium equations. Validation is carried out through Finite Element Method (FEM) simulations, incorporating a new expression for an equivalent thermal expansion coefficient for the beam-tendon system, addressing both mechanical and thermal deformations. The primary aim is to estimate critical conditions considering material property degradation due to fire. The present results are generally in good agreement with those provided by the literature.
Anchorage devices play an important role in post-tensioned bridge structures since they must sustain heavy loads in order to permit the transfer of the prestressing force to the structure. In external prestressing, the situation is even more critical since the anchorage mechanisms, with the deviators, are the only links between the structure and the tendons throughout the service life of the structure. The behaviour of anchorage devise may be studied by using the finite element method. To do so, each component of the anchorage must be adequately represented in order to approximate the anchor mechanism as accurately as possible. In particular, the modelling of the jaw/tendon device may be carried out using the real geometry of these two components with an appropriate constitutive contact law or by replacing these components by a single equivalent. This paper presents the numerical study of a mono-strand anchorage device. The results of a comparison between two different representations of the jaw/tendon device, either as two distinct components or as a single equivalent, will be examined. In the double-component setup, the influence of the wedge configuration composing the jaw, and the influence of lubrication of the anchor, will be assessed.
Two-dimensional tensile stresses are occurring at the back of the anchorage of the tendons of prestressed concrete bridges. A new method named "tensile stress region" for the design of the reinforcement is presented in this paper. The basic idea of this approach is the division of an anchor block into several slices, which are described by the tensile stress region. The orthogonal reinforcing wire mesh can be designed in each slice to resist the tensile stresses. Additionally the sum of the depth of every slice defined by the tensile stress region is used to control the required length of the longitudinal reinforcement bars. An example for the reinforcement design of an anchorage block of an external prestressed concrete bridge is analyzed by means of the new presented method and a finite element model is established to compare the results. Furthermore the influence of the transverse and vertical prestressing on the ordinary reinforcement design is taken into account. The results show that the amount of reinforcement bars at the anchorage block is influenced by the layout of the transverse and the vertical prestressing tendons. Using the "tensile stress region" method, the ordinary reinforcement bars can be designed more precisely compared to the design codes, and arranged according to the stress state in every slice.
A non-linear finite element model (FEM) was constructed using a three-dimensional software (ATENA-3D) to investigate the effect of strengthening on the behavior of prestressed hollow-core (PHC) slabs with or without openings. The slabs were strengthened using near surface mounted (NSM)-carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strips. The constructed model was validated against experimental results that were previously reported by the authors. The validated FEM was then used to conduct an extensive parametric study to examine the influence of prestressing reinforcement ratio, compressive strength of concrete and strengthening reinforcement ratio on the behavior of such slabs. The FEM results showed good agreement with the experimental results where it captured the cracking, yielding, and ultimate loads as well as the mid-span deflection with a reasonable accuracy. Also, an overall enhancement in the structural performance of these slabs was achieved with an increase in prestressing reinforcement ratio, compressive strength of concrete, external reinforcement ratio. The presence of openings with different dimensions along the flexural or shear spans reduced significantly the capacity of the PHC slabs. However, strengthening these slabs with 2 and 4 (64 and $128mm^2$ that represent reinforcement ratios of 0.046 and 0.092%) CFRP strips was successful in restoring the original strength of the slab and enhancing post-cracking stiffness and load carrying capacity.
Park, Chan-Sol;Kim, Kee-Dong;Han, Taek-Hee;Latif, Abdul;Kim, Doo-Kie
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.222-229
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2022
The extensive use of external prestressing system with PSC-I beam to strengthen reinforced and prestressed concrete members requires the full understanding of the behavior of the strengthened members. The main approach of this research was to experimentally investigate the flexural performance of the PSC-I beam considering external tendon and an equation was developed which indicated the produced incremental stress in the tendon due to applied load. Further, this equation was verified through performing static loading tests on two experimental specimens considering the presence or absence of external tendon. The test results revealed that, the flexural performance enhanced due to the use of external tendon. Moreover, the magnitude of the estimated flexural strength using proposed stress increasing equation almost coincides with the experimental test results. However, it was the evident of the improvement of the flexural performance of the system by reinforcing with the external tendon and also proved that the proposed equation was valid and effective.
A comparative experimental study of prestressed continuous steel-concrete composite beams was carried out. Two continuous composite beams were tested, one of which was plain continuous steel-concrete composite beam, while the other was a composite beam prestressed with external tendons. Cracking behavior and the load carrying capacity of the beams were investigated experimentally. Full plasticity was developed in the mid-span section each beam, the maximum moments attained at the internal support sections however were governed by local buckling which was related to the slenderness of composite section. It was found that in hogging moment regions, the ultimate resistance of an externally prestressed composite beam would be governed by either distortional lateral buckling or local buckling, or interactive mode of these two buckling patterns. The results show that exerting prestressing on a continuous composite beam with external tendons will increase the extent of internal force and moment redistribution in the beam. The influences of local and distortional buckling on the behaviors of the composite continuous beams are discussed. The Moment redistribution and the load carrying capacity of the prestressed continuous composite beams are evaluated, and it is found that at the ultimate state, the moment redistribution in the prestrssed continuous composite beams is greater than that in non-prestressed composite beams.
An external prestressed steel-bar truss unit was developed as a new strengthening technology to enhance the seismic performance of an in-plane masonry wall structure while taking advantage of the benefits of a prestressed system. The presented method consists of six steel bars: two prestressed vertical bars to introduce a prestressing force on the masonry wall, two diagonal bars to resist shear deformation, and two horizontal bars to maintain the configuration. To evaluate the effects of this new technique, four full-scale specimens, including a control specimen, were tested under combined loadings that included constant-gravity axial loads and cyclic lateral loads. The experimental results were analyzed in terms of the shear strength, initial stiffness, dissipated energy, and strain history. The efficiency of the external prestressed steel-bar truss unit was validated. In particular, a retrofitted specimen with an axial load level of 0.024 exhibited a more stable post behavior and higher energy dissipation than a control specimen with an observed complete sliding failure. The four vertical bars of the adjacent retrofitting units created a virtual column, and their strain values did not change until they reached the peak shear strength. The shear capacity of the masonry wall structure with external prestressed steel-bar truss units could be predicted using the model suggested by Yang et al.
In strengthening structure, the external post-tensioning method which secure clearness in the structure analysis process is adopted to bridges as well as architecture structure. In this study, to investigate the behavior of composite beam in the process of post-tensioning, the amount of prestress force loss, the amount of prestressed compression stress at the lower flange and the behavior of lower flange connected with anchorage are analyzed by comparing the results of finite element analysis with the measured results of installed strain gauges. After finishing the post-tensioning, the strengthening effect of external post-tensioning method is analyzed by static loading test. It is also investigated that the strengthening effect of shear section in the harped external post-tensioning specimens.
Prestressed Concrete Cylinder Pipe(PCCP) had became one of the dominating kinds of pipes substituting for steel pipes because of its unique feature (high intensity, high pressure and high leakproofness). PCCP was produced firstly by Bonna company in France. By the end of 20th century, there were over 19000 km of this product installed in America. PCCP was introduced from Ameron company by Shandong Eletric Power Pipeline Engineering Company in 1988. As the statistical data in 2002, 700 km of PCCP had been applied in China, and the application trended towards rapid increase.Since prestressing wire would be corroded in environment, Several accidents due to the breakdown of pipe had happened. Consequently the external wall of pipe should be covered with protective coatings. There was a lack of technical study in corrosion and control of PCCP, because PCCP had been applied for a short time in China. in order to ensure the service life of PCCP, we have developed a kind of protective coating for concrete pipe, which had high intensity and anti-corrosive property with convenient applicability. The physical and chemical properties, painting technology and field application of this coating was introduced in the paper, at the same time, the future of external protective coating for PCCP was looked into.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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