• 제목/요약/키워드: FRP Strengthening System

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Shear strengthening of RC beams with Basalt Fiber Reinforced Polymer (BFRP) composites

  • Kar, S.;Biswal, K.C.
    • Advances in concrete construction
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    • 제10권2호
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    • pp.93-104
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    • 2020
  • Basalt fiber is an eco-friendly fiber and comparatively newer to the world of fiber-reinforced polymer (FRP) composites. A limited number of studies have been reported in the literature on the strengthening of reinforced concrete (RC) beams with basalt fiber reinforced polymer (BFRP). The present experimental work explores the feasibility of using the BFRP strips for shear strengthening of the RC beams. The strengthening schemes include full wrap and U-wrap. A simple mechanical anchorage scheme has been introduced to prevent the debonding of U-wrap as well as to utilize the full capacity of the BFRP composite. The effect of varying shear span-to-effective depth (a/d) ratio on the behavior of shear deficient RC beams strengthened with BFRP strips under different schemes is examined. The RC beams were tested under a four-point loading system. The study finds that the beams strengthened with and without BFRP strips fails in shear for a/d ratio 2.5 and the enhancement of the shear capacity of strengthened beams ranges from 5% to 20%. However, the strengthened beams fail in flexure, and the control beam fails in shear for a higher a/d ratio, i.e., 3.5. The experimental results of the present study have been compared with the analytical study and found that the latter gives conservative results.

CFRP판 긴장재를 위한 부착형 정착장치의 정착성능 (Anchorage efficiency of mold-type anchorage for CFRP plates)

  • 박종섭;박영환;정우태
    • 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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    • 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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    • pp.169-172
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    • 2008
  • FPR(Fiber Reinforced Polymer)는 중량에 비해 높은 강도, 높은 내부식성 등 우수한 역학적 특성으로 인해 최근 건설분야에 적용되는 사례가 많아지고 있으며, 특히 콘크리트 구조물 보강에 가장 활발히 적용되고 있다. FRP를 이용한 전통적인 보강방법은 인장면에 FRP를 부착하는 부착공법이었으나, 부착공법은 FRP의 박리 또는 부착파괴와 같은 조기파괴 문제점과 고정하중과 분담과 사용성 개선이 어려운 단점을 갖고 있다. 이러한 FRP 부착공법의 문제점들을 해결하기 위한 노력으로 최근에는 CFRP 판에 프리스트레스를 도입하는 공법에 대한 연구들이 시작되었다. 판형태의 CFRP를 이용하여 구조물에 긴장력을 도입하면 주인장철근의 응력을 경감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구조물의 균열폭과 휨변형도 감소시킬 수 있으며, 추가되는 활하중뿐만 아니라 고정하중도 일부 분담할 수 있게 되어 고가의 CFRP를 효율적으로 활용할 수 있는 방법이 된다. CFRP 판 긴장공법을 위해 최우선적으로 해결되어야 하는 것은 CFRP 긴장재를 정착하기 위한 적절한 정착장치의 개발이다. 본 연구에서는 CFRP 판 긴장재를 위한 정착장치를 개발하고자 CFRP 판의 정착단부 상세를 변수로 한 정착장치 인장실험을 수행하였으며, 기존 상용 정착구와 비교하여 저비용으로 제작 가능한 CFRP 판 긴장재용 몰드형 정착구의 성능을 검증하였다. 몰드형 정착장치에 대한 성능실험 결과 CFRP 판 긴장재의 표면이 거칠게 처리된 시편이 가장 정착성능이 우수한 것으로 나타났으며, 정착단부의 형상변화는 정착성능에 기여하지 못하는 것으로 나타났다.

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Computational optimized finite element modelling of mechanical interaction of concrete with fiber reinforced polymer

  • Arani, Khosro Shahpoori;Zandi, Yousef;Pham, Binh Thai;Mu'azu, M.A.;Katebi, Javad;Mohammadhassani, Mohammad;Khalafi, Seyedamirhesam;Mohamad, Edy Tonnizam;Wakil, Karzan;Khorami, Majid
    • Computers and Concrete
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    • 제23권1호
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    • pp.61-68
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    • 2019
  • This paper presents a computational rational model to predict the ultimate and optimized load capacity of reinforced concrete (RC) beams strengthened by a combination of longitudinal and transverse fiber reinforced polymer (FRP) composite plates/sheets (flexure and shear strengthening system). Several experimental and analytical studies on the confinement effect and failure mechanisms of fiber reinforced polymer (FRP) wrapped columns have been conducted over recent years. Although typical axial members are large-scale square/rectangular reinforced concrete (RC) columns in practice, the majority of such studies have concentrated on the behavior of small-scale circular concrete specimens. A high performance concrete, known as polymer concrete, made up of natural aggregates and an orthophthalic polyester binder, reinforced with non-metallic bars (glass reinforced polymer) has been studied. The material is described at micro and macro level, presenting the key physical and mechanical properties using different experimental techniques. Furthermore, a full description of non-metallic bars is presented to evaluate its structural expectancies, embedded in the polymer concrete matrix. In this paper, the mechanism of mechanical interaction of smooth and lugged FRP rods with concrete is presented. A general modeling and application of various elements are demonstrated. The contact parameters are defined and the procedures of calculation and evaluation of contact parameters are introduced. The method of calibration of the calculated parameters is presented. Finally, the numerical results are obtained for different bond parameters which show a good agreement with experimental results reported in literature.

외부 긴장 보강을 위한 탄소섬유 복합재료용 쐐기형 정착구 거동 (Behavior of Wedge-Type Anchor System for External Prestressing Method with CFRP)

  • 신재민;정대성;정우태;박종섭;박영환;김철영
    • 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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    • 한국콘크리트학회 2004년도 추계 학술발표회 제16권2호
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    • pp.477-480
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    • 2004
  • This paper present test result to develop wedge-type anchor system for external prestressing method with CFRP. The test results indicated that the lower a slope angle and elastic of wedge are, the higher ultimate strengths are for plate types. Bar types showed premature failure because of local high stress in FRP of anchor system. Therefore, to improve the strength for bar types needs further work of strengthening sleeves, slope angles of wedge and materials.

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Modeling of RC shear walls strengthened by FRP composites

  • Sakr, Mohammed A.;El-khoriby, Saher R.;Khalifa, Tarek M.;Nagib, Mohammed T.
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제61권3호
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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.

L형 GFRP 외부부착 보강된 보의 휨 실험을 통한 보강 거동분석 (Evaluation of Beam Behavior with External Bonded L-type GFRP Plate through bending Test)

  • 정영석;권민호;김진섭;남광식
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제21권11호
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    • pp.86-93
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    • 2020
  • 국내 사회기반 시설물의 경우 70년대 이후로 건설되어 향후 신규건설에 대한 수요보다 유지보수에 대한 수요가 크게 증가할 것으로 전망된다. 더욱이 경주지진과 포항지진 이후로 과거 시공된 시설물의 내진성능에 대한 평가 및 보수 보강 사업이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 보강공법 중 L형 GFRP 외부부착공법을 대상으로 하여 시험체를 설계하고, 에폭시와 화약식 타정 총으로 압력 핀을 시공하는 방법으로 외부부착된 L형 GFRP Plate의 보강효과를 확인하기 위하여 4점 휨 시험을 수행하였다. 실험결과를 바탕으로 L형 GFRP Plate의 보강효과를 확인하고, 국내의 "복합신소재시스템에 의한 철근콘크리트구조물의 보강설계 및 시공 지침서"에 따라 L형 GFRP 외부부착공법이 적용된 보의 거동에 대하여 평가하고 에폭시와 압력 핀을 조합하여 시공하는 부착방법의 효용성을 평가하였다. 실험 결과를 분석한 결과 지침에 따른 설계는 부재의 강도를 잘 예측하는 것으로 나타났으나, GFRP Plate 보강재의 손상을 동반하는 고정법의 사용으로 인하여 설계가정의 조건을 만족하는 파괴가 일어나지 않는 것으로 분석하였다.

부착전단 실험에 의한 보강재료의 부착거동 실험 연구 (Experimental Study on Bond Behavior of Retrofit Materials by Bond-Shear Test)

  • 하주형;이나현;조윤구;김장호
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제24권1호
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    • pp.45-52
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    • 2012
  • 최근에 콘크리트 구조물의 보강에 섬유복합재(FRP), 폴리우레아(PolyUrea), 그리고 이들을 함께 적층하여 사용하는 다중혼합 보강재료를 사용한 외부 보강공법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 외부부착에 의한 보강공법들은 콘크리트와 보강재료 사이의 경계면 거동이 전체 보강된 구조물의 성능을 좌우하게 된다. 그러므로, 이 연구에서는 보강재료의 종류와 보강순서에 따른 콘크리트와 보강재료 사이의 부착전단 거동을 실험적으로 평가하였다. 부착전단 실험을 위하여 콘크리트 부재에 탄소섬유복합재(CFRP), 폴리우레아(PolyUrea, PU), 탄소섬유복합재 보강 후 폴리우레아(CPU), 폴리우레아 보강 후 탄소섬유복합재(PUC)의 보강재료로 부착하였으며, 콘크리트와 보강재료의 부착전단력 이외 발생할 수 있는 하중발생을 최소화하기 위하여 부착전단 시편고정장치를 개발하여 실험을 수행하였다. 이 실험 결과를 통해 탄소섬유복합재와 폴리우레아를 혼합한 복합재료가 높은 부착전단강도와 에너지 흡수성능이 뛰어남을 검증하였다.

하수처리구역내 단독정화조의 성능평가 및 최적 모형의 제안 (Evaluation of the Septic Tank Performance in the Sewage Treatment Area and Suggestion of an Optimum Model)

  • 임봉수;정금희;왕택걸
    • 한국물환경학회지
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    • 제23권3호
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    • pp.403-409
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    • 2007
  • This study was carried out to recommend the systematic improving practice for the effective operation of septic tank, and the evaluation of its BOD and nutrient removal efficiency depending on process, the survey of characteristics of FRP material, and the suggestion of optimum septic tank model within sewage treatment area. The average BOD concentration and BOD removal efficiency of septic tank which was carried out the cleaning periodically in 63.9 mg/L and 77.8%, shows good quality better than the septic tank which was not carried out the cleaning regularly. Maximum load of tensile, flexural and compressive strength increased in proportion to its thickness, and the contents standard 25% of glass fiber required upgrade over than 30%. Configuration and performance for the optimum of the septic tank suggests that over $0.75m^3$ of the effective total volume, adding to over $0.25m^3$ a man for more than 5 men of the treated person, retention time should be within one day. Improving plans about facility and materials quality of the septic tank have an obligation that protective wall ought to install on the concrete bottom and side faces to prevent crumble or transform from loading of the ground or upper part of the structure on the tank setting. And it is eliminated the uneffective resisting pressure and it keeps off circulate imperfect products by strengthening of the test methods such as stretching strength, pressing strength, glass fiber contents and thickness.