Hollow reinforced concrete columns confined with GFRP tubes (GRCH) are composite members composed of the outer GFRP tube, the PVC or other plastic tube as the inner tube, and the reinforced concrete between two tubes. Because of their high ductility, light weight, corrosion resistance and convenient construction, many researchers pay attention to the composite members. However, there are few studies on GRCH members under eccentric compression compared with those under axial compression. Eight hollow columns were tested under eccentric compression, including one axial compression column and seven eccentric compression columns. The failure modes and force mechanisms of GRCH members were analyzed, considering the varying in hollow ratio, reinforcement ratio and eccentricity. The test results showed that configuring steel bars can greatly increase the bearing capacity and ductility of the members. Each component (GFRP tube, concrete, steel bar) had good deformation coordination and the strength of each material could be fully utilized. But for specimens with larger eccentricity ratio (er=0.4) and larger hollow ratio (χ=0.55), the restraining effect of GFRP tube on concrete was significantly decreased.
Han, Dongyeop;Han, Min Gheol;Kang, Byeong Hoe;Park, Yong Jun
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.6
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pp.639-645
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2014
For the construction materials, concrete, as the most widely used material, is focused on its improvement of performance. Although concrete has many advantages of easiness of handling, economical benefits, and high compressive strength, low tensile strength, brittleness and drying shrinkage are reported as the drawbacks of concrete. Hence, to solve these drawbacks of concrete, many research has conducted especially using fiber-reinforced concrete technology. Especially, HPFRCC which has high volume of fiber reinforcement was suggested as a solution of these drawbacks of normal concrete with increased ductility while it has the possibility of workability loss with fiber clumping which can cause low performance of concrete. Therefore, in this paper, optimized fiber combination with either or both metal and organic fibers is suggested to provide better performance of HPFRCC in tensile strength and ductility. As the results of experiment, better workability was achieved with 1 % of single fiber rather than multiple fibers combinations, espeically, short steel fiber showed the best workability result. Furthermore, in the case of organic fibers which showed higher air content than steel fibers, higher compressive strength was achieved while lower tensile and flexural strength were shown.
Alyousef, Rayed;Alabduljabbar, Hisham;Mohamed, Abdeliazim Mustafa;Alaskar, Abdulaziz;Jermsittiparsert, Kittisak;Ho, Lanh Si
Smart Structures and Systems
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v.26
no.2
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pp.147-156
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2020
This numerical study demonstrates the porosity conditions and the intensity of the interactions with the aggressive agents. It is established that the density as well as the elastic modulus are correlated to ultrasonic velocity The following investigation assessed the effects of cement grade and porosity on tensile strength, flexural and compressive of Ultra High Performance Concrete (UHPC) as a numerical model in PLAXIS 2d Software. Initially, the existing strength-porosity equations were investigated. Furthermore, comparisons of the proposed equations with the existing models suggested the high accuracy of the proposed equations in predicting, cement grade concrete strength. The outcome obtained showed a ductile failure when un-corroded reinforced concrete demonstrates several bending-induced cracks transfer to the steel reinforcement. Moreover, the outcome also showed a brittle failure when wider but fewer transverse cracks occurred under bending loads. Sustained loading as well as initial pre-cracked condition during the corrosion development have shown to have significant impact on the corrosion behavior of concrete properties. Moreover, greater porosity was generally associated with lower compressive, flexural, and tensile strength. Higher cement grade, on the other hand, resulted in lower reduction in concrete strength. This finding highlighted the critical role of cement strength grade in determining the mechanical properties of concrete.
The test results of high-strength concrete beam specimens, which have various combinations of different types of flexural reinforcement and short fibers, were compared with the prediction results of codes, guidelines and models proposed by researchers. The theoretical calculation based on the ultimate strength method of the KCI and ACI Code underestimated the ultimate moments of FRP bar-reinforced beams without fibers. The models proposed by ACI 544.4R and Campione predicted the ultimate moment capacities inaccurately for the FRP bar-reinforced beam with steel fibers, because these models do not consider the increased ultimate compressive strain of fiber reinforced concrete. Bischoff's deflection model predicted the service load deflections reasonably well, while the deflection model of ACI Committee 440 underestimated the deflection of FRP bar-reinforced beams. Because the ACI 440 expression, used to predict member deflection, cannot directly apply to the beams reinforced with different types of reinforcing bars, an alternative method to estimate the deflections of beams with different types of reinforcing bars using the ACI 440 expression was proposed. In addition, Bischoff's approach for computing deflection was extended to include deflection after yielding of the steel reinforcement in the beams reinforced with steel and FRP bars simultaneously.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.1E
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pp.29-34
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2006
Elastic modulus, tensile and bond capacities are important factors for developing an effective reinforcing action of a flexural member as a reinforcing material for concrete structures. Reinforcement must have enough bond capacity to prevent the relative slip between concrete and reinforcement. This paper presents an experimental study to clarify the bond capacity of prestressed carbon fiber reinforced polymer(CFRP) rod manufactured by an automatic assembly robot. The bond characteristics of CFRP rods with different pitch of helical wrapping were analyzed experimentally. As the result, all types of CFRP rods show a high initial stiffness and good ductility. The mechanical properties of helical wrapping of the CFRP rods have an important effect on the bond of these rods to concrete after the bond stress reached the yield point. The stress-slip relationship analyzed from the pull-out test of embedded cables within concrete was linear up to maximum bond capacity. The deformation within the range of maximum force seems very low and was reached after approximately 1 mm. The average bond capacity of CF20, CF30 and CF40 was about 12.06 MPa, 12.68 MPa and 12.30 MPa, respectively. It was found that helical wrapping was sufficient to yield bond strengths comparable to that of steel bars.
Khagehhosseini, A.H.;Porhosseini, R.;Morshed, R.;Eslami, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.2
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pp.247-263
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2013
It is evident that torsional resistance of a reinforced concrete (RC) member is attributed to both concrete and steel reinforcement. However, recent structural design codes neglect the contribution of concrete because of cracking. This paper reports on the results of an experimental and numerical investigation into the torsional capacity of concrete beams reinforced only by longitudinal rebars without transverse reinforcement. The experimental investigation involves six specimens tested under pure torsion. Each specimen was made using a cast-in-place concrete with different amounts of longitudinal reinforcements. To create the torsional moment, an eccentric load was applied at the end of the beam whereas the other end was fixed against twist, vertical, and transverse displacement. The experimental results were also compared with the results obtained from the nonlinear finite element analysis performed in ANSYS. The outcomes showed a good agreement between experimental and numerical investigation, indicating the capability of numerical analysis in predicting the torsional capacity of RC beams. Both experimental and numerical results showed a considerable torsional post-cracking resistance in high twist angle in test specimen. This post-cracking resistance is neglected in torsional design of RC members. This strength could be considered in the design of RC members subjected to torsion forces, leading to a more economical and precise design.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.4
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pp.31-38
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2022
In this study, an incremental loading test of the HRS(Hybrid Rubber Slit) damper was additionally performed to define the physical characteristics according to the incremental test results, and an analytical study was performed according to the damping design procedure by selecting an example structure. As a result of performing seismic performance evaluation before reinforcement by selecting a RC structure similar to an actual school structure as an example structure, the story drift ratio was satisfied, but some column members collapsed due to bending deformation. In order to secure the seismic performance, the damping design procedure of the HRS damper was presented and performed. As a result of calculating the amount of damping device according to the expected damping ratio and applying it to the example structure, the hysteresis behavior was stable without decrease in strength, and the story drift ratio and the shear force were reduced according to the damping effect. Finally the column members that had collapsed before reinforcement satisfied the LS Level.
This paper outlines a new strengthening technique for concrete beams using externally unbended high-strength bars. The advantages of proposed method lie in speed and simplicity of construction compared to the alternative strengthening method. Externally unbended reinforcement retains many of the advantages over external unbended prestressed tendons. It eliminates time consuming stressing operations. Clearance requirements around anchorages are reduced as access is not required for prestressing jacks. Test results of eight specimens on reinforced concrete beams using different reinforcement materials such as carbon fiber sheet, steel plate and high-tension bar are reported. The beam strengthened by carbon fiber sheet showed a brittle failure mode due to the separation of fiber. As a result of draped profile of external bar, the maximum strength of the beam were increased by up to 212 percent and the deflections were reduced by up to 65 percent. Test results show that the beams reinforced with high-tension bar are superior to reference specimens, especially for the strength and deformation capacity.
The peculiarity pointed out for high strength concrete is the occurrence of spalling during a fire. Recently, there are many efforts such as development of all types of spalling reducing materials and other innovative materials in various fields. Need is now to examine the adequate mixing proportions of these materials. This study intended to derive experimentally and statistically mix proportions that can represent the basic quality requirements as well as the optimal effects on the fire-resistance for 4 types of functional materials that are metakaolin, waste tire chip, polypropylene fiber and steel fiber. Here, the tests were planned through an optimal test method using an orthogonal array table with 4 parameters and 3 levels. The statistical analysis adopted the response surface analysis method. Results verified mutual complementary contribution between the materials when using a combination of the functional materials selected as parameters for the strengthening of the fire-resistance of 80 MPa-class high strength concrete. Besides, the optimal conditions of the fire-resistance strengthening materials derived through response surface analysis were a volumetric replacement of silica fume by 80% of metakaolin, a volumetric replacement of fine aggregates by 3% of tire waste chip, and an addition of 0.2% of the whole volume by polypropylene fiber without mixing of steel fiber. In such cases, the basic characteristics as well as the fire-resistant characteristics of high strength concrete were also satisfied.
Recently, FRB is being used more as reinforcement of RC beam thanks to its material advantages in construction industry. The external attachment reinforcement of FRP is a construction method with advantages such as high strength, stiffness, excellent durability and construction practicability, despite of its weight. However, the reinforcement has a disadvantage to cause damage on permanent structure as its structure is water-tight by low water permeability reinforcement, preventing water from draining outside. The study attempted flexural failure test for GP of which material properties are equally same as the existing FRP and that with permeability, shows good binding with the concrete structure, durable performance and durability, comparably analyzing the improvement of durability and ductility according to changes of fiber contents of composite strip.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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