This paper presents the behavior and strengthening effect of reinforced concrete rectangular beams strengthened using CFRP sheets with different strengthening level. In general, normally strengthened beams are failed by interfacial shear failure (delamination) within concrete, instead of by tensile failure of the CFRP sheets. The delamination occurred suddenly and the concrete cover cracked vertically by flexure was spalled off due to the release energy. The strengthened beams were stiffer than the control beam before and after reinforcement yielding. The ultimate load considerably increased with an increase of strengthening level, while the ultimate deflection significantly decreased. The tensile force of CFRP sheets and average shear stress of concrete at delamination failure were curvilinearly proportional to the strengthening level. Therefore, the increment of ultimate load obtained by strengthening was curvilinearly proportional to the strengthening level. The averaged horizontal shear stress of concrete at the interface ranges between (equation omitted) and (equation omitted) (in kg/$\textrm{cm}^2$) depending on strengthening level.
A recent and promising method for shear strengthening of reinforced concrete(RC) members is the use of near surface mounted(NSM) fiber reinforced polymer(FRP) reinforcement. In the NSM method, the reinforcement is embedded in grooves cut onto the surface of the member to be strengthened and filled with an appropriate binding agent such as epoxy paste or cement grout. This paper illustrates a research program on shear strengthening of RC beams with NSM channel-type FRP beams which is developed in this study. The objective of this study is to clarify the role of channel-type FRP beam embedded to the beam web for shear strengthening of reinforced concrete beams. Included in the study are effectiveness in terms of spacing and angle of channel-type FRP beams, strengthening method, and shear span ratio. the study also aims to understand the additional shear capacity due to glass fiber reinforced polymer beams and carbon reinforced polymer beams. And anther objective is to study the failure modes, shear strengthening effect on ultimate force and load deflection behavior of RC beams embedded with channel-type FRP beams on the shear region of the beams.
This study presents test results of RC beams strengthened by carbon fiber sheet(CFS), carbon fiber reinforced plastics(CFRP) or glass fiber reinforced plastics(GFRP) for increasing shear resistance. Nineteen specimens were tested, and the test was performed with different parameters including the type of strengthening materials(CFS, GFRP, CFRP), shear-strengthening methods(wing type, jacket type, strip type), strip-spacing, strengthening direction of FRP. The test results show that shear-damaged RC beams strengthened by FRP(CFS, GFRP, CFRP) have more improved the shear capacity. The mathematical model based on plastic theory was also developed to predict shear strength of shear-damaged RC beams strengthened by FRP. The predictions using the mathematical model. are agreed with the observations from the observed shear strengths for 19 test beams.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.697-702
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1997
This study presents test results of RC beams strengthened by carbon fiber sheet (CFS) or carbon fiber reinforced plastics (CFRP) for increasing shear resistance. Fifteen specimens were tested, and the test was performed with different parameters including the type of strengthening materials (CFS, CFRP), shear-strengthening methods (wing type, jacket type, strip type), strip-spacing, strengthening direction of FRP. The results show that shear-damaged RC beams strengthened by either CFS or CFRP have more improved the shear capacity.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.11
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pp.19-26
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2018
This paper presents the shear strengthening effect of externally post-tensioning (EPT) method using high-strength steel rod in pre-cracked reinforced concrete (RC) beams. Three- and four-point bending tests were performed on a total of 8 specimens by adjusting the strengthening depths in the deviator position of EPT. The effective strengthening depths were 435, 535, and 610 mm. The pre-loading up to about 2/3 of ultimate load capacity measured in unstrengthened RC beam were applied in the beam to be post-tensioned. The EPT method was then applied to the pre-damaged RC beams and re-loading was added until the end of the test. EPT restored deflections of 3 mm or more, which account for about 40% of deflection when the pre-loading was applied. The shear strengthening increases more than 3 times and 36~107% in terms of the stiffness and load-carrying capacity compared to unstrengthening RC beams. The increased load-carrying capacities of the post-tensioned beam with strengthening depths of 435 and 535 mm are almost the same as 36~61%, and those of 610 mm are 84~107%, which shows the greatest shear strengthening effect.
Subhani, Mahbube;Kabir, Muhammad Ikramul;Al-Amer, Riyadh
Steel and Composite Structures
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v.34
no.1
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pp.91-105
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2020
Steel-concrete composite beam with profiled steel sheet has gained its popularity in the last two decades. Due to the ageing of these structures, retrofitting in terms of flexural strength is necessary to ensure that the aged structures can carry the increased traffic load throughout their design life. The steel ribs, which presented in the profiled steel deck, limit the use of shear connectors. This leads to a poor degree of composite action between the concrete slab and steel beam compared to the solid slab situation. As a result, the shear connectors that connects the slab and beam will be subjected to higher shear stress which may also require strengthening to increase the load carrying capacity of an existing composite structure. While most of the available studies focus on the strengthening of longitudinal shear and flexural strength separately, the present work investigates the effect of both flexural and longitudinal shear strengthening of steel-concrete composite beam with composite slab in terms of failure modes, ultimate load carrying capacity, ductility, end-slip, strain profile and interface differential strain. The flexural strengthening was conducted using carbon fibre reinforced polymer (CFRP) or steel plate on the soffit of the steel I-beam, while longitudinal shear capacity was enhanced using post-installed high strength bolts. Moreover, a combination of both the longitudinal shear and flexural strengthening techniques was also implemented (hybrid strengthening). It is concluded that hybrid strengthening improved the ultimate load carrying capacity and reduce slip and interface differential strain that lead to improved composite action. However, hybrid strengthening resulted in brittle failure mode that decreased ductility of the beam.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.69-74
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2001
Steel plate or fiber composite plate are mainly used in externally bonding method. Shear strengthening by externally bonding method is to confirm shear safety and to avoid brittle failure. In case of strengthening by externally bonding method, a failure of structure occurs frequently due to delamination between strengthening plate and concrete. Therefore, it is important to consider the delamination in the strengthening design. The objective of this study is to propose a modified shear strength evaluation by considering the delamination. The delamination criteria of strengthening plate is established by the ultimate strain and shear stress. And shear strength of RC beams is proposed in terms of the delamination criteria. The proposed shear strength is compared with test results and verified through the comparison.
Hany, Marwa;Makhlouf, Mohamed H.;Ismail, Gamal;Debaiky, Ahmed S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.4
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pp.415-433
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2022
Eighteen (18) (120×300×2200 mm) beams were prepared and tested to evaluate the shear strength of Glass Fiber Reinforced Concrete (GFRC) beams with no shear reinforcement, and evaluate the effectiveness of various innovative strengthening systems to increase the shear capacity of the GFRC beams. The test variables are the amount of discrete glass fiber (0.0, 0.6, and 1.2% by volume of concrete) and the type of longitudinal reinforcement bars (steel or GFRP), the strengthening systems (externally bonded (EB) sheet, side near-surface mounted (SNSM) bars, or the two together), strengthening material (GFRP or steel) links, different configurations of NSM GFRP bars (side bonded links, full wrapped stirrups, side C-shaped stirrups, and side bent bars), link spacing, link inclination angle, and the number of bent bars. The experimental results showed that adding the discrete glass fiber to the concrete by 0.6%, and 1.2% enhanced the shear strength by 18.5% and 28%, respectively in addition to enhancing the ductility. The results testified the efficiency of different strengthening systems, where it is enhanced the shear capacity by a ratio of 28.4% to 120%, and that is a significant improvement. Providing SNSM bent bars with strips as a new strengthening technique exhibited better shear performance in terms of crack propagation, and improved shear capacity and ductility compared to other strengthening techniques. Based on the experimental shear behavior, an analytical study, which allows the estimation of the shear capacity of the strengthened beams, was proposed, the results of the experimental and analytical study were comparable by a ratio of 0.91 to 1.15.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.2
no.3
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pp.205-211
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1998
The purpose of this study is to evaluate shear strengthening effects of R/C beams with carbon fiber sheets. The major variables are shear reinforcement ratios, CFS strengthening ratios and strengthening methods of CFS. Following conclusions can be extracted. The shear capacity of beam strengthened with CFS is about 32~87% higher than that of beams without shear reinforcement. The strengthening effects of patch type is larger than those of strip type. The strain distribution in CFS intersected with shear crack is similar to that in stirrup and larger strain is observed in the middle of the shear span. It can be estimated that shear strength reduction factor ${\alpha}$=0.3 is appropriate for peeling effect of CFS.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.251-254
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2005
This study will have to define the shear strengthening effects of steel fiber in beam and column levels, as well as to suggest estimation method of maximum shear capacity of structural members. From review of literature surveys and perform structural member test results, following conclusion can be made; In beam level, steel fiber strengthening factor is suggested from the tensile splitting test results and beam test results. After suggesting shear capacity of beam without stirrups and beam with stirrups by proposed steel fiber strengthening factor, proposed equation is possible to evaluate the shear capacity of beam. In column level, with column test results and proposed steel fiber strengthening factor, shear capacity equation of steel fiber reinforced concrete in column is suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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