The 3th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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pp.978-982
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2009
In recent years, due to some excellent properties of fiber reinforced polymer (FRP) composites, the use of FRP sheets for strengthening the weak concrete columns have become increasingly popular. Axial loading is the basic assumption in most of the models that are presented for estimating the compression strength of confined concrete columns. However a large number of weak concrete columns in the bending frames are under the combination of both axial and flexural loads. This paper presents the results of an experimental study on the effects of eccentricity of load on the compressive strength of concrete columns confined by FRP sheets. This research shows that the eccentricity of compression load affects decreasingly the performance of confining FRP jacket in confined columns.
제안된 모델은 FRP 구속 콘크리트에 대한 압축거동 예측을 위한 것이다. FRP로 구속된 콘크리트의 모델링을 위하여, 3축 응력상태의 콘크리트 아탄성 구성관계를 제시하였다. FRP 구속에 따른 콘크리트 강도 증진은 3축 응력공간의 파괴기준에 따라 결정되며, 이에 대응하는 최대 압축변형률은 본 연구에서 제안된 변형률 증진계수로부터 결정된다. 따라서, 기존의 모델들이 하중단계에 관계없이 구속조건이 초기부터 파괴까지 일정하게 고려되는 반면에, 제안된 모델은 FRP로 구속된 콘크리트의 구속현상을 하중단계에 의존적인 비선형 관계로 제시하였다. FRP 층은 2차원의 적층된 복합재료의 해석에 기초하여 모델링되었다. 개발된 해석모델은 증분법에 의한 압축거동실험에 대한 해석을 수행할 수 있도록 하였다. FRP로 구속된 콘크리트 실린더의 대한 여러 연구자들의 실험 결과와 본 예측모델을 비교한 결과, 제안된 모델은 축방향 변형 뿐만 아니라 횡방향 변형을 포함하여 FRP 층으로 인한 콘크리트의 구속효과의 증진에 관한 거동 특성들을 잘 예측해 주었다.
The confined concrete subjected multi-axial stresses have been known as the fact it increases strength of concrete significantly compared with unconfined concrete. Many researchers have studied in confining effects of concrete, and now are studying in many fields. Although many researches about confined concrete using FRP have been studied recently, it is difficult to apply concrete confined by FRP in real structures because FRP is a brittle material. To investigate the influence of concrete strength and ductility increased by confining stiffness in steel, this study was tested and compared with 51 specimens confined by different shapes and thicknesses of steel tube. This test verified the increasement of strength and ductility in confined concrete. Also, analyzing the experimental data by regression method, this study provides stress-strain model about CSS and R4S considering effect of confinement stiffness on the stress-strain relations of concrete.
In this paper, the mechanical property of CFRP, BFRP, GFRP and their hybrid FRP was experimentally studied. The elastic modulus and tensile strength of CFRP, BFRP, GFRP and their hybrid FRP were tested. The experimental results showed that the elastic modulus of hybrid FRP agreed well with the theoretical rule of mixture, which means the property of hybrid composites are linear with the volumes of the corresponding components while the tensile strength did not. The bearing capacity, peak strain, stress-strain relationship of circular concrete columns confined by CFRP, BFRP, GFRP and hybrid FRP subjected to axial compression were recorded. And the confinement effect of hybrid FRP on concrete columns was analyzed. The test results showed that the bearing capacity and ductility of concrete columns were efficiently improved through hybrid FRP confinement. A strength model and a stress-strain relationship model of hybrid FRP confined concrete columns were proposed. The proposed stress-strain model was shown to be capable of providing accurate prediction of the axial compressive strength of hybrid FRP confined concrete compared with Teng et al. (2002) model, Karbhari and Gao (1997) model and Miyachi et al. (1999) model. The modified stress-strain model was also suitable for single FRP confinement cases and it was so concise in form and didn't have piecewise fitting, which would be easy for use in structural design.
Stress-strain models of fibre reinforced polymer (FRP) confined concrete have been widely investigated; however, the existing load which is always supported by structures during the retrofitting phase, namely 'preload', has been neglected. Thus, preload effects should be clarified, providing insightful information for FRP retrofitting of structures with preload conditions. Towards this aim, experiments were performed for 27 cylinder concrete specimens with the diameter 150 mm and the height 300 mm. Three specimens were used to test the compressive strength of concrete to compute the preloads 20%, 30% and 40% of the average strength of these specimens. Other 24 specimens were divided into 2 groups; each group included 4 subgroups. Four subgroups were subjected to the above preloads and no preload, and were then wrapped by 2 FRP layers. Similar designation is applied to group 2, but wrapped by 3 FRP layers. All specimens were tested under axial compression to failure. Explosive failure is found to be the characteristic of specimens wrapped by FRP. Experimental results indicated that the preload decreases 12-13% the elastic and second stiffness of concrete specimens wrapped by 2 FRP layers. The stiffness reduction can be mitigated by the increase of FRP layers. Preload negligibly reduces the ultimate force and unclearly affects the ultimate displacement probably due to complicated cracks developed in concrete. A mechanism of preload effects is presented in the paper. Finally, to take into account preload effects, a modification of the widely used model of un-preload FRP confined concrete is proposed and the modified model demonstrated with a reasonable accuracy.
Yaman S. S. Al-Kamaki;Abdulhameed A. Yaseen;Mezgeen S. Ahmed;Razaq Ferhadi;Mand K. Askar
Computers and Concrete
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제34권1호
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pp.93-122
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2024
One well-known reason for using Fiber Reinforced Polymer (FRP) composites is to improve concrete strength and strain capacity via external confinement. Hence, various studies have been undertaken to offer a good illustration of the response of FRP-wrapped concrete for practical design intents. However, in such studies, the strength and strain of the confined concrete were predicted using regression analysis based on a limited number of test data. This study presents an approach based on artificial neural networks (ANNs) to develop models to predict the strength and strain at maximum stress enhancement of circular concrete cross-sections confined with different FRP types (Carbone, Glass, Aramid). To achieve this goal, a large test database comprising 493 axial compression experiments on FRP-confined concrete samples was compiled based on an extensive review of the published literature and used to validate the predicted artificial intelligence techniques. The ANN approach is currently thought to be the preferred learning technique because of its strong prediction effectiveness, interpretability, adaptability, and generalization. The accuracy of the developed ANN model for predicting the behavior of FRP-confined concrete is commensurate with the experimental database compiled from published literature. Statistical measures values, which indicate a better fit, were observed in all of the ANN models. Therefore, compared to existing models, it should be highlighted that the newly developed models based on FRP type are remarkably accurate.
FRP confining is a widely used method for seismic retrofitting of concrete columns. Several studies investigated the stress-strain behavior of FRP confined concrete prisms with square and rectangular sections both experimentally and analytically. In some studies, the monotonic stress-strain behavior of confined concrete was investigated and compressive strength models were developed. To study the reliability of these models, thorough statistical tests are required. This paper aims to investigate the reliability of the presented models using statistical tests including t-test, wilcoxon rank sum test, wilcoxon signed rank test and sign test with a level of significance of 5%. Wilk Shapiro test was also employed to evaluate the normality of the data distribution. The results were compared for different cross section and confinement types. To see the accuracy of the models when there were no significant differences between the results, the coefficient of confidence was used.
One of the main applications of FRP composites is confining concrete columns. Hence identifying the cyclic and monotonic stress-strain behavior of confined concrete columns and the parameters influencing this behavior is inevitable. Two significant parameters affecting the stress-strain behavior are aspect ratio and corner radius. The present study aims to scrutinize the effects of corner radius and aspect ratio on different aspects of stress-strain behavior of FRP confined concrete specimens (rectangular, square and circular). Hence 44 FRP confined concrete specimens were tested and the results of the tests were investigated. The findings indicated that for specimens with different aspect ratios, the relationship between the ultimate stress and the corner radius is linear and the variations of the ultimate stress versus the corner radius decreases as a result of an increase in aspect ratio. It was also observed that increase of the corner radius results in increase of the compressive strength and ultimate axial strain and increase of the aspect ratio causes an increase of the ultimate axial strain but a decrease of the compressive strength. Investigation of the ultimate condition showed that the FRP hoop rupture strain is smaller in comparison with the one obtained from the tensile coupon test and also the ultimate axial strain and confined concrete strength are smaller when a prism is under monotonic loading. Other important results of this study were, an increase in the axial strain during the early stage of unloading paths and increase of the confining effect of FRP jacket with the increase and decrease of the corner radius and aspect ratio respectively, a decrease in the slope of reloading branches with cycle repetitions and the independence of this trend from the variations of the aspect ratio and corner radius and also quadric relationship between the number of each cycle and the plastic strain of the same cycle as well as the independence of this relationship from the aspect ratio and corner radius.
The current study explores the soil-structure interaction (SSI) effect on the potential seismic damage of mid-rise non-seismically designed reinforced concrete frames retrofitted by Fibre Reinforced Polymer (FRP). An 8-storey reinforced concrete frame poorly-confined due to transverse reinforcement deficiency is selected and then retrofitted by FRP wraps to provide external confinement. The poorly-confined and FRP retrofitted frames with/without SSI are modelled using hysteretic nonlinear elements. Inelastic time history and damage analyses are performed for these frames subjected to different seismic intensities. The results show that the FRP confinement significantly reduces one or two damage levels for the poorly-confined frame. More importantly, the SSI effect is found to increase the potential seismic damage of the retrofitted frame, reducing the effectiveness of FRP retrofitting. This finding, which is contrary to the conventionally beneficial concept of SSI governing for decades in structural and earthquake engineering, is worth taking into account in designing and evaluating retrofitted structures.
This investigation presents an analysis procedure for simulating the compressive behavior of a rectangular concrete column confined by fiber-reinforced plastic (FRP) under uniaxial load. That is, the entire stress-strain curve can be drawn through the present analysis procedure. The modified Mander's stress-strain model (Mander, et al. 1988) and finite element method are adopted in this analysis procedure. The numerical analysis results are compared with the experimental results to verify the accuracy of the analysis procedure. This study offers a useful analysis procedure of researching the compressive behavior of rectangular concrete columns confined by FRP. Two main parameters, the number of FRP layers and the radius of the round corners of a rectangular column, are investigated. The numerical results show that non-uniform stresses occur and reduce the sectional effective area owing to the geometry of the confined rectangular column. The stresses are concentrated at the corners of the rectangular column. Compressive strength of a rectangular column increases greatly because the number of FRP layers increase. The maximum predicted compressive stress of the rectangular column has approximately 10% error as compared to the experimental results. Comparing the numerical and experimental results demonstrates that the accuracy of this analysis procedure is credible. Besides, the stress-strain curves of the R30 models, which are rectangular concrete column with large radius of round corners, are almost bilinear. This calculated results conform to the expectation and show the present analysis procedure are more suitable than Mander's model (1988) to analyze the compressive behavior of the rectangular concrete column confined by FRP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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