Al-Osta, Mohammed A.;Al-Sakkaf, Hamdi A.;Sharif, Alfarabi M.;Ahmad, Shamsad;Baluch, Mohammad H.
Computers and Concrete
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v.22
no.2
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pp.167-182
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2018
The modeling of loss of bond between reinforcing bars (rebars) and concrete due to corrosion is useful in studying the behavior and prediction of residual load bearing capacity of corroded reinforced concrete (RC) members. In the present work, first the possibility of using different methods to simulate the rebars-concrete bonding, which is used in three-dimensional (3D) finite element (FE) modeling of corroded RC beams, was explored. The cohesive surface interaction method was found to be most suitable for simulating the bond between rebars and concrete. Secondly, using the cohesive surface interaction approach, the 3D FE modeling of the behavior of non-corroded and corroded RC beams was carried out in an ABAQUS environment. Experimental data, reported in literature, were used to validate the models. Then using the developed models, a parametric study was conducted to examine the effects of some parameters, such as degree and location of the corrosion, on the behavior and residual capacity of the corroded beams. The results obtained from the parametric analysis using the developed model showed that corrosion in top compression rebars has very small effect on the flexural behaviors of beams with small flexural reinforcement ratio that is less than the maximum ratio specified in ACI-318-14 (singly RC beam). In addition, the reduction of steel yield strength in tension reinforcement due to corrosion is the main source of reducing the load bearing capacity of corroded RC beams. The most critical corrosion-induced damage is the complete loss of bond between rebars and the concrete as it causes sudden failure and the beam acts as un-reinforced beam.
Computation of flexural ductility of reinforced concrete beam sections has been proposed by taking into account strain rate sensitive constitutive behavior of concrete and steel, confinement of core concrete and degradation of cover concrete during load reversal under earthquake loading. The estimate of flexural ductility of reinforced concrete rectangular sections has been made for a wide range of tension and compression steel ratios for confined and unconfined concrete at a strain rate varying from $3.3{\times}10^{-5}$ to 1.0/sec encountered during normal and earthquake loading. The parametric studies indicated that flexural ductility factor decreases at increasing strain rates. Percentage decrease is more for a richer mix concrete with the similar reinforcement. The confinement effect has marked influence on flexural ductility and increase in ductility is more than twice for confined concrete (0.6 percent volumetric ratio of transverse steel) compared to unconfined concrete. The provisions in various codes for achieving ductility in moment resisting frames have been discussed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.287-290
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2005
CFRP strips manufactured in factory are produced normally with smaller width and larger thickness than CFRP sheets. By this reason, bonding force between CFRP strips and concrete substrate is not sufficient to sustain tensile force in CFRP strips. Therefore premature debonding failure cannot be avoided when strengthening is done by simply bonding the CFRP strips. The flexural strength of RC beam strengthened with CFRP strips must be calculated based on the effective strain considering debonding failure. This paper presents test results of an experimental study conducted to evaluate the flexural strength on RC beams strengthened with CFRP strips. 7 specimens were tested with respect to bond length and amount of CFRP strips. From the test results, it was indicated that the strain of the CFRP strips achieved at debonding failure can be decreased less than 6,000$\mu$ depending on the amount of CFRP strips.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.521-526
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2001
The flexural behavior of a strengthened beam that is a reinforced concrete beam with externally bonded carbon fiber sheets, is theoretically and experimentally investigated. A rectangular beam having a width of 20cm depth of 30cm and effective depth of 25cm is chosen. In order to have a variety of beams analyzed, three reinforcement ratios are chosen for the analysis: 1)$\frac{1}{2}$$\rho$$_{max}$, which is the most suitable reinforcement ratio for deflection consideration and the highest reinforcement ratio for practical designing beams as well; 2)$\rho$$_{max}$, which is the lowest reinforcement ratio for design purposes; and 3)the reinforcement ratio halfway from 1) and 2). Carbon fiber sheets with width of 15cm are externally bonded at the bottom fiber of the beam. The effect of the amount of carbon fiber sheets varying from 1 to 4 plies on the flexural capacity of the strengthened beam are also examined. Yield loads, ultimate loads, and flexural rigidities of the strengthened beam from the experimental results are composed with theoretical ones.nes.
This study is investigate the bending behavior of real size RC beams strengthened with carbon fiber sheets. For experimental study, 1 control beam and 8 strengthened beams of real size(4 NU-beams and 4 U-beams) are tested and compared. NU-beam has not a V-shaped band and V-beam has a V-shaped band. The variables of experiment are composed of the number of carbon fiber sheets, the existence of U-shaped band, and four point loading, etc. The experimental results showed that the strengthening system with U-shaped band controls the premature debonding and provides a more ductile failure mode than the strengthening system without V-shaped band. It can be found from the load-deflection curves that as the number of fiber sheets is increased, the maximum strength and the flexural rigidity is increased. For the strengthening method with carbon fiber sheets of the real size RC beams, it is required the finding a solution to the bonding problem.
Tensile strength of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) is approximately 10 times higher than that of the steel reinforcement, but the design strength of CFRP is normally limited by unpredictable bond failure between RC and CFRP. Many researches concerned with bond behavior between RC and CFRP have been carried out to prevent the bond failure of RC beam strengthened by CFRP, but the national design code for design bond strength of CFRP has not been constructed. In this study, three beam specimens strengthened by CFRP under the parameters of bonded length were tested to derive the design bond strength of CFRP for the RC flexural members. Each bonded length was calculated based on the bond strength of JCI and CFRP manufacturing company. Also, another two beam specimens strengthened by CFRP were tested to inspect the construction environment effects such as mixing error of epoxy resin, and the amount of epoxy primer. From the test results, it is concluded that the maximum design bond strength of CFRP to RC flexural member is considered to be $\tau$a =8 kgf/㎠.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.88-91
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2004
It is generally known that the bonding strength of RC(Reinforced Concrete) flexural members strengthened by fiber sheet composites are sufficient and the bonding failure does not occur until the sheet failed. However, many researchers have been reported that, before the failure of the sheet, the bonding failure happens even though the bonding length is sufficient. This study was carried out to evaluate the effectiveness of shear key and U strip on flexural behavior of reinforced concrete beam structures. The ply number of CFS(Carbon Fiber Sheet), location of shear key, and existence or not of U strip were selected as the main test variables. Test results show that the behavior of a beam of which shear key is located in the nearby. of support and U strip is not existent, and having CFS of 1 ply is mostly improved.
Kim, Min-Joong;Jeong, Kil-Sang;Kim, Dae-Joong;Kim, Woo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.273-276
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2006
This paper presents shear deformation characteristics in reinforced concrete beams. Based on the relationship between shear and bending moment in beams subjected to combined shear and bending, the behavior of a beam is explicitly divided into two base components of the flexural action and the tied arch action. Transverse elongation of the web and deflections are calculated from shear compatibility condition in a beam and compared with test results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.4
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pp.87-97
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2008
The purpose of this study is to analyse and compare experimentally flexural behavior of RC beams strengthened with CFRP plates by different methods, and finally develop the nonlinear analysis model with the aim of predicting the improving effects of structural capacity and the structural behaviors of RC beams. From this study, the characteristics of bond and flexural behavior of the prestressed CFRP plates were analyzed and examined. In deed, the beams were tested with experimental parameters of strengthening methods and prestressing level, and the developed analysis model was evaluated with the testing results. From this study, it is concluded that the developed analysis model have a good reliability and can be applied to the strengthening design of beams using CFRP plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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