The strengthening and rehabilitation of reinforced concrete structures with externally bonded carbon fibre reinforced polymer (FRP) laminates has shown excellent performance and, as a result, this technology is rapidly replacing steel plate bonding techniques. This paper addresses this issue, and presents results deals with the influence of external bonded CFRP-reinforcement on the time-dependent behavior of reinforced concrete beams. A total of eight reinforced concrete beams with cracked and un-cracked section, with and without externally bonded CFRP laminates, were investigated for their creep and shrinkage behavior. All the beams considered in this paper were simply supported and subjected to a uniform sustained loading for the period of six months. The main parameters of this study are two types of sustained load and different degrees of strengthening scheme for both cracked and un-cracked sections of beams. Both analytical and experimental work has been carried out on strengthened beams to investigate the cracking and deflection performance. The applied sustained load was 56% and 38% of the ultimate static capacities of the un-strengthened beams for cracked and un-cracked section respectively. The analytical values based on effective modulus method (EMM) are compared to the experimental results and it is found that the analytical values are in general give conservative estimates of the experimental results. It was concluded that the attachment of CFRP composite laminates has a positive influence on the long term performance of strengthened beams.
Majeed, Abeer A.;Allawi, Abbas A.;Chai, Kian H.;Badaruzzam, Hameedon W. Wan
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.3
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pp.397-406
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2017
The use of fiber reinforced polymer (FRP) for torsional strengthening of reinforced concrete (RC) single cell box beams has been analyzed considerably by researchers worldwide. However, little attention has been paid to torsional strengthening of multicell box girders in terms of both experimental and numerical research. This paper reports the experimental work in an overall investigation for torsional strengthening of multicell box section RC girders with externally-bonded Carbon Fiber Reinforced Polymer CFRP strips. Numerical work was carried out using non-linear finite element modeling (FEM). Good agreement in terms of torque-twist behavior, steel and CFRP reinforcement responses, and crack patterns was achieved. The unique failure modes of all the specimens were modeled correctly as well.
The use of fiber-reinforced polymer (FRP) reinforcing bars in concrete structures has been increased as an alternative of steel reinforcement which has shown greater vulnerability to corrosion problem. However, the long-term performance of concrete members with FRP reinforcement is still questioned in comparison to the used of steel reinforcement. This study presents the results of an experimental study on the long-term behaviors of GFRP (glass fiber reinforced polymer) bar reinforced concrete beams after exposed to accelerated aging in an environmental chamber with temperature of $46^{\circ}C$ ($115^{\circ}F$) and 80% of relative humidity up to 300 days. The objectives of this research was to compare strength degradation and change of ductility between GFRP reinforced concrete beams and steel reinforcement beams after accelerated aging. Two types (wrapped and sand-coated surface) of GFRP bars and steel were reinforced. in concrete beams. Test results show that the failure modes of GFRP bar reinforced concrete beams are very similar with traditional RC beams, and the change of load-carrying capacity of steel reinforcing concrete beam is greater than that of GFRP bar reinforcing concrete beam under the accelerated aging. Test result also shows that the use of GFRP reinforcing in concrete could be introduced more brittle failure than that of steel reinforcing for practical application. The deformability factor up to compression failures indicates no significant variation before and after exposure of accelerated aging.
Zahira Sadoun;Riadh Bennai;Mokhtar Nebab;Mouloud Dahmane;Hassen Ait Atmane
Structural Monitoring and Maintenance
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v.10
no.4
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pp.315-337
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2023
During the design phase, it is crucial to determine the interface stresses between the reinforcing plate and the concrete base in order to predict plate end separation failures. In this work, a simple theoretical study of interface shear stresses in beams reinforced with P-FGM and E-FGM plates subjected to an arbitrarily positioned point load, or two symmetrical point loads, was presented using the linear elastic theory. The presence of pores in the reinforcing plate distributed in several forms was also taken into account. For this purpose, we analyze the effects of porosity and its distribution shape on the interracial normal and shear stresses of an FGM beam reinforced with an FRP plate under different types of load. Comparisons of the proposed model with existing analytical solutions in the literature confirm the feasibility and accuracy of this new approach. The influence of different parameters on the interfacial behavior of reinforced concrete beams reinforced with functionally graded porous plates is further examined in this parametric study using the proposed model. From the results obtained in this study, we can say that interface stress is significantly affected by several factors, including the pores present in the reinforcing plate and their distribution shape. Additionally, we can conclude from this study that reinforcement systems with composite plates are very effective in improving the flexural response of reinforced RC beams.
Jayaprakash, J.;Samad, Abdul Aziz Abdul;Abbasovich, Ashrabov Anvar;Ali, Abang Abdullah Abang
Structural Engineering and Mechanics
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v.26
no.4
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pp.427-439
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2007
The exploitation of fibre reinforced polymer composites, as external reinforcement is an evergreen and well-known technique for improving the structural performance of reinforced concrete structures. The demand to use FRP composites in the civil engineering industry is mainly due to its high strength, light weight, and stiffness. This paper exemplifies the shear strength of partially precracked reinforced concrete rectangular beams repaired with externally bonded Bi-Directional Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) Fabrics strips. All specimens were cast in the laboratory environment without any internal shear reinforcement. The test parameters were longitudinal tensile reinforcement, shear span to effective depth ratio, spacing of CFRP strips, and orientation of CFRP reinforcement. It mainly focuses on the shear capacity and modes of failure of the CFRP strengthened shear beams. Results have shown that the CFRP repaired beams attained a shear enhancement of 32% and 107.64% greater than the control beams. This study underscores that the CFRP strip technique significantly enhanced the shear capacity of precracked reinforced concrete rectangular beams without any internal shear reinforcement.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.6
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pp.1-8
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2018
The object of this paper is to find the characteristics of fire proof materials through an analytical method and to suggest a proper approach for fire-proof design of reinforced concrete beam strengthened with fiber reinforced polymer (FRP). Heating tests for fire-proof materials were conducted and the thermal conductivities and specific heats of them were simulated through finite element analyses. In addition, a finite element analysis on the beam specimen strengthened with FRP under high temperature, which was conducted by previous researchers, was performed and the analytical result was compared with test result. And then the compatibility of the analytical approach was evaluated. Finally, the heat resistance characteristic of RC beam strengthened with FRP was analyzed by the proposed analytical method and the strength decrease of the beam due to the high temperature was evaluated. From the comparison with analytical and test result, it was found that the heat transfer from outside to inside through the fire-proof materials can be suitably simulated by using the proposed analytical approach.
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.
Kim, Sung Bae;Kim, Jang-Ho Jay;Choi, Hong-Shick;Heo, Gweon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.2A
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pp.169-176
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2010
Generally, poly-urea is widely used as waterproof coating material due to its superior adhesiveness, elongation capacity, and permeability resistance. In addition, it can be quickly and easily applied on structure surfaces using spray application. Since it hardens in about 30 seconds after application, its construction efficiency is very high and its usage as a special functional material is also excellent. However, currently, poly-urea is mostly used as waterproof coating material and the researches on its usage as a retrofitting material is lacking at best. Therefore, basic studies on the use of poly-urea as a general structural retrofitting material are needed urgently. The objective of this study is to develop most optimum poly-urea composition for structure retrofitting purpose. Moreover, the structural strengthening capacity of the developed poly-urea is evaluated through flexural capacity experiments on RC beams and RC slabs. From the results of the flexural test of poly-urea strengthened RC beam and slab specimens, the poly-urea and concrete specimen showed monolithic behavior where ductility and ultimate strength of the poly-urea strengthened specimen showed slight increase. However, the doubly reinforced specimens with FRP sheet and poly-urea showed lower capacity than that of the specimen reinforced only with FRP sheet.
Kim, Sung-Won;Lee, Hyung-Geun;Yeo, Hwan-Jun;Park, Sung-Moo
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.14
no.4
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pp.73-80
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2014
For the last decade many bridges and buildings have experienced flexural strengthening with the fiber reinforced polymer(FRP) bonding system, demands for increasing heavy traffic loads and the changing of the code application. Of the many strengthening systems, NSM(near surface mounted) system with FRP has become attractive and popular way of strengthening for the existed RC structures and many studies and applications of this technique have significantly increased all over the world. Meanwhile, polymer mortar that contains much of the same ingredients as cement but includes the addition of certain polymer resins for enhancing desired physical properties, has been used as an alternative adhesive. This paper focuses on flexural behaviour of CFRP-bar NSM system with variables such as kinds of adhesive, anchorage, sectional aspect ratio. Based on the test results and test-to-predicted ratio, this paper provides researchers and practical engineers a fundamental knowledge and intuition.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.145-148
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2006
Near surface mounted (NSM) is a recent strengthening technique based on bonding fiber reinforced polymer (CFRP) bars (rods and laminate strips), the use of NSM FRP bars is Emerging as a promising technology for increasing flexural strength of deficient concrete. In order for this technique to perform effectively, the structural behaviour of RC element strengthened with NSM FRP bars to be fully characterized. Totally, 10 beams were tested using symmetrical two-point loads test. The parameters examined under the beam test were a diffrent type of strengthening length.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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