This paper presents results from an analytical investigation of the behavior of steel reinforced concrete circular column sections with additional Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) bars. The primary application of this composite section is to relocate the plastic hinge region from the column-footing joint where repair is difficult and expensive. Mainly, the study focuses on the development of the full nominal moment-axial load (M-P) interaction diagrams for hybrid concrete sections, reinforced with steel bars as primary reinforcement, and GFRP as auxiliary control bars. A large parametric study of circular steel reinforced concrete members were undertaken using a purpose-built MATLAB(c) code. The parameters considered were amount, location, dimensions and mechanical properties of steel, GFRP and concrete. The results indicate that the plastic hinge was indeed shifted to a less critical and congested region, thus facilitating cost-effective repair. Moreover, the reinforced concrete steel-GFRP section exhibited high strength and good ductility.
This paper presents the behavior of geopolymer concrete beams reinforced with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars. In the study, ordinary Portland cement concrete and geopolymer concrete beams having GFRP bars were prepared and tested under four-point loading. The load-deflection diagrams and load capacities of the tested beams were obtained. It was observed that the tested beams exhibited good ductility and significant deflection capacity. The results showed that increasing the tension GFRP reinforcement ratio caused enhancement in the strength capacity of geopolymer concrete beams. In addition, the tested beams were analyzed to obtain the load capacity and the load-deflection responses. The theoretical load-deflection curves and load bearing capacities have been predicted well with the test results. Parametric study has been performed to determine the influences of concrete strength, shear span to depth ratio (a/d) and reinforcement ratio on the behavior of geopolymer concrete beams longitudinally reinforced with GFRP bars. It was concluded that increasing concrete strength led to an increase in load capacity. Besides, the ultimate load increased as the reinforcement ratio increased. On the other hand, increasing a/d ratio reduced the ultimate load value of GFRP reinforced geopolymer concrete beams.
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.
The effects of concrete strength on bond-slip behavior and the failure mechanisms of glass fiber reinforced polymer (GFRP) bar embedded in concrete under direct pullout were investigated in this study. Total of twenty seven specimens were prepared by placing two different types of GFRP bars and conventional steel rebar in 25 MPa, 55 MPa, and 75 MPa concrete and tested according to CSA S806-02. The test results showed that the bond strength of the GFRP rebars as well as the steel increased with the concrete strength. However, the increase in the bond strength with respect to the concrete strength was not as significant in the GFRP series as the steel, and it was attributed to the interlaminar failure mechanism observed in the GFRP test specimens.
In this study, the flexural characteristics of reinforced polymer concrete T-beams strengthened with GFRP, typically used for bridges and parking structures, are investigated. A method to determine the flexural failure mode of reinforced polymer concrete T-beams comprised of compression failure (CF), tension failure (TF), and fiber sheet failure (FF) for different levels of GFRP strengthening is proposed. Moreover, the present study provides a formula to calculate the design flexural strength for each failure mode. In reinforced polymer concrete T-beams strengthened with GFRP, an ideal failure mode can be achieved when the failure occurs in the following order: 1) yield of steel reinforcement, 2) failure of GFRP, and 3) compression failure of concrete. In the case of FF mode, due to GFRP failure before the polymer concrete crushing in compression region, a concept of equivalent rectangular block based on the ultimate limit state of concrete should not be used. Thus, this study suggests an idealized stress-strain curve for polymer concrete and finds parameters for stress block, ${\alpha}$ and ${\beta}$ based on the strain distribution in polymer concrete. Furthermore, the present study suggests an aspect ratio of 2.5 by examining the compressive stress distribution and design flexural strength characteristics for different aspect ratio of T-beams. This study also provides a design flexural strength formula, and validates its acceptability based on experiment and theoretical analysis.
Since the coefficients of thermal expansion (CTE) between concrete and GFRP, steel and GFRP are quite different, GFRP laminates with different laminas stacking-sequence present different thermal behavior and currently there is no specification on mechanical properties of GFRP laminates, it is necessary to investigate the thermal influence on composite girder with stay-in-place (SIP) bridge deck at different levels and on different scales. This paper experimentally and theoretically investigated the CTE of GFRP at lamina's and laminate's level on micro-mechanics scales. The theoretical CTE values of laminas and laminates agreed well with test results, indicating that designers could obtain thermal properties of GFRP laminates with different lamina stacking-sequence through micro-mechanics methods. On the basis of the CTE tests and theoretical analysis, the thermal behaviors of composite girder with hybrid GFRP-concrete deck were studied numerically and theoretically on macro-mechanics scales. The theoretical results of concrete and steel components of composite girder agreed well with FE results, but the theoretical results of GFRP profiles were slightly larger than FE and tended to be conservative at a safety level.
Park Ji-Sun;You Young-Chan;Park Young-Hwan;You Young-Jun;Kim Hyeong-Yeol;Kim Keung-Hwan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05b
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pp.297-300
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2005
The bond characteristics of GFRP(glass fiber reinforced polymer) rods with various surface deformation produced by RTM(resin transfer molding) process were analyzes experimentally. Two types of GFRP rods with different surface deformation manufactured by RTM process in domestic area and two types of GFRP rebars imported were considered in this study. All testing procedures including specimens preparation, set-up of test equipments and measuring devices were made according to the CSA S806-02 recommendations. From the test results, it was found that deformed-type GFRP rod manufactured by RTM process showed the highest bond strength among test specimen. But, wave-type GFRP rod made by RTM process show the lowest value due to the splitting failure of concrete caused by the wedge action of waved surfaces on GFRP rods.
In this study, nominal moment-axial load interaction diagrams, moment-curvature relationships, and ductility of rectangular hybrid beam-column concrete sections are analyzed using the modified Hognestad concrete model. The hybrid columns are primarily reinforced with steel bars with additional Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) control bars. Parameters investigated include amount, pattern, location, and material properties of concrete, steel, and GFRP. The study was implemented using a user defined comprehensive $MATLAB^{(R)}$ simulation model to find an efficient hybrid section design maximizing strength and ductility. Generating lower bond stresses than steel bars at the concrete interface, auxiliary GFRP bars minimize damage in the concrete core of beam-column sections. Their usage prevents excessive yielding of the core longitudinal bars during frequent moderate cyclic deformations, which leads to significant damage in the foundations of bridges or beam-column spliced sections where repair is difficult and expensive. Analytical results from this study shows that hybrid steel-GFRP composite concrete sections where GFRP is used as auxiliary bars show adequate ductility with a significant increase in strength. Results also compare different design parameters reaching a number of design recommendations for the proposed hybrid section.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.112-121
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2013
FRP reinforced lightweight concrete structures can offer corrosion resistance and weight reduction effect simultaneously, so practical use of the structures may be expected afterwards. But to make concrete structures using lightweight concrete and FRP bar, that can resist external forces without internal slip of the FRP bar, it is very important to understand bond characteristic between lightweight concrete and FRP bar. During that time, a lot of studies for bond behaviors of FRP bar in normal concrete were conducted, but studies for bond behavior of FRP bar in lightweight concrete are very limited to date. So, bond characteristic between lightweight concrete and helically deformed GFRP bar was investigated in this study. Three main parameters were considered in experimental investigation: type of rebar, concrete type, and compressive strength of lightweight concrete. As an experimental result, it could be known that bond strength of helically deformed GFRP bar in lightweight concrete was 0.49 times bond strength of steel reinforcement in normal concrete.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.49-52
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2008
The tensile and bond performance of GFRP rebar are different from those of conventional steel reinforcement. It requires some studies on concrete members reinforced with GFRP reinforcing bars to apply it to concrete structures. GFRP has some advantages such as high specific strength, low weight, non-corrosive nature, and disadvantage of larger deflection due to the lower modulus of elasticity than that of steel. Bridge deck is a preferred structure to apply FRP rebars due to the increase of flexural capacity by arching action. This paper focuses on the behavior of concrete bridge deck reinforced with newly developed GFRP rebar. A total of three real size bridge deck specimens were made and tested. Main variable was reinforcement ratio of GFRP rebar. Static test was performed with the load of DB-24 level until failure. Test results were compared and analyzed with ultimate load, deflection behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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