In this paper, a total of 13 beams with bonding, anchorage system, amount of prestressing and span length as variables of experiment were tested in flexural test and analyzed in finite element analysis; one control beam, two simplified FRP-boned beams, four prestressed FRP-unbonded beams and four prestressed FRP-bonded beams. Also, a nonlinear finite element analysis of beams in the flexural test is performed by DIANA program considered material nonlinear of concrete, reinforcement and the interfacial bond-slip model between concrete and CFRP plates. The failure mode of prestressed CFRP plated-beams is not debonding but FRP rupture. RC members strengthened with external bonded prestressed CFRP plates occurred 1st and 2nd debonding of the composite material. After the debonding of CFRP plates occurs in bonded system, behavior of bonded CFRP-plated beams change into that of unbonded CFRP-plated beams due to fix of the anchorage system. Also, It was compared flexural test results and analytical results of RC members strengthened with CFRF plates. The ductility of beams strengthened by CFRP plates with the anchorage system is considered high with the ductility index of above 3. Analysis results showed a good agreement with experiment results in the debonding load, yield load and ultimate load.
A new modified full scale double tee slabs with the length of nib plate - 1,500 mm were suggested, designed, and experimentally evaluated up to the loading of flexural failure. This slabs were composed of the tee section which was same to original PCI double tee and the plate section which was modified in a new shape, and the prestressing force was applied at the bottom of tee section only. This specimens were made from the domestic precast factory. The safety and serviceability of the modified nib plate with the dapped ends were evaluated up to the ultimate flexural strength of tee section. As the experimental loading increased, the flexural crackings developed first in the bottom of the slab and they changed to the increased flexural shear and inclined shear crackings in the nib and dapped portion of the double tees. The suggested modified double tee slabs failed in ductile above the design loading with many evenly distributed flexural crackings. The thickness of nib plate - 250 mm does not show any cracking under the service loading and show several minor flexural cracking up to the ultimate state of tee portion. The proposed specimens were satisfied with the strength and ductility requirements in the design code provisions in the tests. Additional experimental tests are required to reduce the depth and tensile reinforcement of nib plate concrete for the practical use of this system effectively.
Park, Jae-Guen;Lee, Byeong-Ju;Kim, Moon-Young;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.6
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pp.697-704
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2008
This paper presents an analytical prediction of Nonlinear characteristics of prestressed concrete bridges by strengthened of externally tendon considering construction sequence, using unbonded tendon element and beam-column element based on flexibility method. Unbonded tendon model can represent unbounded tendon behavior in concrete of PSC structures and it can deal with the prestressing transfer of posttensioned structures and calculate prestressed concrete structures more efficiently. This tendon model made up the several nodes and segment, therefore a real tendon of same geometry in the prestressed concrete structure can be simulated the one element. The beam-column element was developed with reinforced concrete material nonlinearities which are based on the smeared crack concept. The fiber hysteresis rule of beam-column element is derived from the uniaxial constitutive relations of concrete and reinforcing steel fibers. The formulation of beam-column element is based on flexibility. Beam-column element and unbonded tendon element were be involved in A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), that were used the analysis of RC and PSC structures. The proposed numerical method for prestressed concrete structures by strengthened of externally tendon is verified by comparison with reliable experimental results.
This research was planned to evaluate the structural performance of post tensioned(PT) concrete member subjected to fire. Prime objective was to suggest some techniques to evaluate the performance of post tensioned concrete beam and slab exposed to high temperature through experiment. To accomplish this objective, the following two scopes have been proceeded to verify the strength reducing ratio of strands and find out the difference of resisting force at the PT concrete members exposed to high temperature through the fire test. The properties of prestressing steel(tendon) in PT concrete beam and slab under variable temperatures were reviewed. The test of this study was shown that stress relaxation occurred at high temperature, and some restoration of tensional force appeared as it got cooling down. The residual tension of the post tensioned beams at 4 hours after reaching the target temperature were 70% at $400^{\circ}C$, 10% at $600^{\circ}C$ and 2% at $800^{\circ}C$. The post tensioned slabs were 94% at $400^{\circ}C$, 84.5% at $600^{\circ}C$ and 62% at $800^{\circ}C$. The reason why the residual tension loss of the post tensioned slab was relatively small was considered to be that the slab was exposed just one side to high temperature and the strength of the strand was restored larger than that of beam. Also, it was confirmed that the post tensioned member inevitably experienced the loss of strength by fire damage, and restoration design of the member should be required to compensate for the value as much as lost strength.
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.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.6
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pp.1707-1721
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2014
Half-depth panels were developed with the merits of CIP (Cast In Place) decks and precast decks for constructability and fast construction. In this paper, details of half-depth panels with pre-tensioning were suggested. For evaluation of structural performance, five half-depth panel specimens were fabricated and static tests were conducted. The cross-sections of these specimens were composed of pre-tensioned half-depth panels and pre-tensioned two-span half-depth panels. Test parameters were the amount of the prestressing force and the longitudinal reinforcements. Static tests on simply-supported slabs showed that ultimate strength was 1.55 times greater than calculated nominal strength. The flexural strength was only 10 % increased and the influence on crack width control was negligible when the member of tendons was increased twice. For two-span continuous specimens, the ultimate strength increased 1.2 times and 1.38 times respectively as the reinforcement was additionally provided. The verified half-depth panels by this research can be effectively utilized for the fast replacement or construction of bridges.
Generally, the girder spacing of the two-girder composite bridge is from 5m up to 15m. To ensure the structural safety according to Korean Bridge Design Specification, the deck depth should be from 33 cm upto 73 cm. Using the transversal prestressing strands in concrete deck, we can reduce its depth about 10%. However, there is little experience on the design and construction of prestressed concrete(PSC) decks in Korea. This paper focuses on the behaviors of PSC deck. A literature survey is performed widely. Considering the characteristics of the two-girder bridge and the construction conditions in Korea, a cast-in-place PSC deck is recommended for the two-girder bridge with 6m girder spacing. To examine its structural behaviors and safety, three partial model deck specimens(3 m$\times$5 m) with real scale are fabricated md tested. One(PS34-RS) is 34cm depth with the stiffness restraint in longitudinal edges for simulating the real bridge deck. Another(PS34-NS) is same depth without the stiffness restraint, and the other(PS28-NS) is 28cm depth with the stiffness restraint. Under the static patch loading, each specimen had a larger ultimate flexural strength than the design value. Specimens with the stiffness restraint (PS34-RS and PS28-RS) showed the punching shear failure mode and specimen without that(PS34-NS) showed the flexural failure mode.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.3
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pp.91-99
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2010
In order to strengthen RC structures, various strengthening methods have been used. Particularly, external tendon strengthening method is very popular method to strengthen damaged structures in terms of efficiency, ease, economics. In this study, improved anchorage elements using the lifting hole were proposed to strengthen PSC or RC girder without any damage. Two types of anchorage elements were proposed and these elements were applied on six RC beams. Also, three types of existing anchorage elements were applied on three RC beams. Otherwise, any anchorage element was not applied on one RC beam to used as a control beam. To analyse behavior of these elements, static load tests were carried out. Test variables were anchorage shapes, prestressing level on the steel bar and tendon profiles. Deflections, strains and modes of failure were recorded to examine the strengthening effects of the beams. Ductility index and tendon stress were analyzed by comparing cracking load, yielding load and ultimate load. As a result, proposed anchorage elements using lifting hole were superior to existing anchorage elements in terms of strengthening effect and furthermore, they showed ductile behavior based on energy method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.130-137
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2019
Precast concrete (PC) structure is one of the type of the structures which is made in a facility prior to installing it to a construction field. The contact surfaces between two PC structures should be treated for obtaining enough binding force by inducing prestressing force. However, in the many cases, the contact surface causes the crack and leakage of water. These cracks and water leakage can cause the corrosion of the rebar, and the corrosion of the rebar can severely reduce the long-term durability. In this study, the SMA wire connector is suggested to solve the problem with the contact surfaces between two PC structures. The pull-out resistance of the suggested SMA wire connector is evaluated by conducting the tests to find the effect of the number of wires, shape of connector part, and shape memory effect. As a result of this study, the empirical formula is suggested to estimate the pull-out resistance related with the effects of the shape of the connector, shape memory effect, and the adhesive force. The validity between the estimated pull-out resistance and the measured value is confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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