Frank, Timothy E.;Lepech, Michael D.;Billington, Sarah L.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.305-317
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2018
Steel reinforced Engineered Cementitious Composite (ECC) components have been proposed for seismic structural applications, for example in coupling beams, infill panels, joints, columns, and flexural members. The development of strain in the steel reinforcement of cementitious components has been shown to vary based on both the steel reinforcement ratio and the applied deformation history. Strain in the steel reinforcement of reinforced ECC components is an important structural response metric because ultimate failure is often by fracture of the steel reinforcement. A recently proposed bond-slip model has been successfully calibrated to cyclically tested reinforced ECC beams wherein the deformation history contained monotonically increasing cycles. This paper reports simulations of two-dimensional finite element models of reinforced ECC beams to determine the appropriateness and significance of altering a phenomenological bond-slip model based on the applied deformation history. The numerical simulations with various values of post-peak bond-slip softening stiffness are compared to experimental results. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness had little effect on the cracking patterns and hysteretic response of the reinforced ECC flexural models tested, which consisted of two different steel reinforcement ratios subjected to two different deformation histories. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness did, however, affect the magnitude of strain and the length of reinforcing bar that strain-hardened. Overall, a numerical model with a constant bond-slip model represented well various responses in reinforced ECC beams with multiple steel reinforcement ratios subjected to different deformation histories.
The longitudinal reinforcement ratio for the performance-based design of columns was studied. Unlike the existing design codes using uniform minimum reinforcement ratio and effective stiffness for all columns, the longitudinal reinforcement ratio of columns was defined as the function of various design parameters. To evaluate the minimum reinforcement ratio, two conditions were considered: 1) prevention of passive yielding of compression re-bars due to the creep and shrinkage of concrete under sustained service loads; and 2) ultimate flexural strength greater than the cracking moment capacity to maintain the ductility of columns for earthquake design. In addition, the effective flexural stiffness of columns for structural analysis was determined according to the longitudinal reinforcement ratio. The design method addressing the three criteria was proposed. The proposed method was applied to a design example.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.593-598
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2002
Routinely, strength method for the determination of the nominal moment of reinforced concrete beam is assumed to also be suitable for strengthening beams with carbon fiber sheets since typically strengthening beams compromise 98% by volume of reinforced concrete. Flexural capacity of strengthening beam is absolutely dependent upon the type of reinforcement materials, amount of reinforcement, anchoring system, adhesion capacity between reinforcement material and concrete. Therefore, it might be incorrect to use strength method for analysis and design of strengthening beam without considering the differences in the load-deflection curves, mechanism of failure, state of stress distribution, failure strain of the reinforcement. An flexural analysis based on force equilibrium and strain comparability has been developed for strengthening beam. Systematic experimental investigations are compared with analytical results. Then, the adaptation of strength method for strengthening beam have also been discussed.
Gil-Martin, Luisa Maria;Hernandez-Montes, Enrique;Aschheim, Mark;Pantazopoulou, Stavroula J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.23
no.4
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pp.369-386
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2006
The influence of reinforcement buckling on the flexural response of reinforced concrete members is studied. The stress-strain response of compression reinforcement is determined computationally using a large-strain finite element model for bars of varied diameter, length, and initial eccentricity, and a mathematical expression is fitted to the simulation results. This relationship is used to represent the response of bars in compression in a moment-curvature analysis of a reinforced concrete cross section. The compression bar may carry more or less force than a tension bar at a corresponding strain, depending on the relative influence of Poisson effects and bar slenderness. Several cross-section analyses indicate that, for the distances between stirrups prescribed in modern concrete codes, the influence of inelastic buckling of the longitudinal reinforcement on the monotonic moment capacity is very small and can be neglected in many circumstances.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.1
no.1
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pp.45-55
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2007
Ten beams bonded with glass fiber reinforced polymer (GFRP) laminates were tested under cyclic loading with the load range and the FRP reinforcement ratio as test parameters. The maximum load level during cyclic loading was 55%, 65% and 75% of the static flexural strength while the minimum load level was kept constant at 35%. Deflections of the beams at the end of 525000 cycles were found to increase by 16% and 44% when the maximum load level was increased from 55% to 65% and 75% of the static flexural strength, respectively. Beams with FRP reinforcement ratios of 0.64% and 1.28% were found to exhibit lesser deflections of about 15% and 20%, respectively, compared to a similar beam without FRP reinforcement. An analytical approach based on cycle-dependent effective moduli of elasticity of concrete and FRP reinforcement is presented and found to predict the deflections of the test beams well.
The reliability of reinforced concrete structures is frequently compromised by the deterioration caused by reinforcement corrosion. Evaluating the effect caused by reinforcement corrosion on structural behaviour of corrosion damaged concrete structures is essential for effective and reliable infrastructure management. In lifecycle management of corrosion affected reinforced concrete structures, it is difficult to correctly assess the lifecycle performance due to the uncertainties associated with structural resistance deterioration. This paper presents a stochastic deterioration modelling approach to evaluate the performance deterioration of corroded concrete structures during their service life. The flexural strength deterioration is analytically predicted on the basis of bond strength evolution caused by reinforcement corrosion, which is examined by the experimental and field data available. An assessment criterion is defined to evaluate the flexural strength deterioration for the time-dependent reliability analysis. The results from the worked examples show that the proposed approach is capable of evaluating the structural reliability of corrosion damaged concrete structures.
Kim, Jong-Ok;Kim, Jin-Mu;Jang, Hwa-Kyun;Won, Young-Sul;Joo, Kyung-Jai
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.5
no.1
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pp.228-236
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2001
When RC beams are strengthened for flexure with steel plate, reinforced member has initial strain due to the dead load and is subject to partial damage. Strain of steel strengthening is zero at initial state. The effect of strengthening flexural member might be influenced by the quantity of initial strain. In this study, when He beams are strengthened for flexure with steel plate, its behavior is experimentally compared for the reinforcement efficiency of members due to the existence of different levels of initial strain. It is confirmed that reinforcement efficiency varies depending on the difference of initial strain.
Siddika, Ayesha;Al Mamun, Md. Abdullah;Siddique, Md. Abu Bakar
Journal of Construction Engineering and Project Management
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v.7
no.4
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pp.13-19
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2017
This study is based on the use and performance of bamboo reinforcements in construction of low-cost structures. This study investigated the physical and mechanical properties of bamboo reinforcements. Bamboo reinforced concrete beam specimens were tested with different reinforcement ratios and observed the load capacity, deflection and failure patterns. It was observed that, flexural strength of bamboo reinforced column is sufficient higher than plain cement concrete and comparable to steel reinforced concrete beams. Bamboo reinforced concrete columns with different reinforcement ratio also tested and observed the ultimate compressive strength and failure pattern. It found, all columns failed in a similar pattern due to crushing of concrete. According to cost analysis, bamboo reinforced beams and columns with moderate reinforcement ratio showed the best strength-cost ratio among plain cement concrete and steel reinforced concrete.
This paper investigates the parameters that control the design of Fiber Reinforced Polymer (FRP) reinforced concrete flexural members proportioned following the ACI 440.1R-06. It investigates the critical parameters that control the flexural design, such as the deflection limits, crack limits, flexural capacity, concrete compressive strength, beam span and cross section, and bar diameter, at various Mean-Ambient Temperatures (MAT). The results of this research suggest that the deflection and cracking requirements are the two most controlling limits for FRP reinforced concrete flexural members.
This study presents test results of RC beams strengthened by steel plates, carbon fiber sheets(CFS) and aramid fiber sheets(AFS) for increasing flexural and shear resistance. The test was performed with different parameters including the type of strengthening materials, flexural-strengthening methods and shear-strengthening methods. In case of flexural test, RC beams are initially loaded to 70% of the ultimate flexural capacity and in case of shear test loaded to 60 or 80 percent of the ultimate shear capacity and subsequently reinforced with steel plates, CFS and AFS. Experimental data on strength, steel strain, deflection, and mode of failure of the reinforced beams were obtained, and comparisons between the different shear reinforced schemes and the non-strengthened control beams were made. The test results showed that damaged RC beams strengthened by steel plates, CFS and AFS have more improved the flexural and shear capacity. For the beams with external reinforcement by steel plates, aramid fiber sheets and carbon fiber sheets increases in ultimate strength of 4 to 21, 17 to 43 and 26 to 36 percent were respectively achieved. Initial load had small effect on strength after reinforcement, but an important influence on deflection. One sheet reinforced was stronger than two sheets reinforced but less deflected than two sheets reinforced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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