The present study experimentally and analytically investigated the push-out behaviour of H-shaped steel section embedded in ultrahigh-performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC). The effect of significant parameters such as the concrete types, fibre content, embedded steel length, transverse reinforcement ratio and concrete cover on the bond stress, development of bond stress along the embedded length and failure mechanism has been reported. The test results show that the bond slip behaviour of steel-UHPFRC is different from the bond slip behaviour of steel-normal concrete and steel-high strength concrete. The bond-slip curves of steel-normal concrete and steel-high strength concrete exhibit brittle behaviour, and the bond strength decreases rapidly after reaching the peak load, with a residual bond strength of approximately one-half of the peak bond strength. The bond-slip curves of steel-UHPFRC show an obvious ductility, which exhibits a unique displacement pseudoplastic effect. The residual bond strength can still reach from 80% to 90% of the peak bond strength. Compared to steel-normal concrete, the transverse confinement of stirrups has a limited effect on the bond strength in the steel-UHPFRC substrate, but a higher stirrup ratio can improve cracking resistance. The experimental campaign quantifies the local bond stress development and finds that the strain distribution in steel follows an exponential rule along the steel embedded length. Based on the theory of mean bond and local bond stress, the present study proposes empirical approaches to predict the ultimate and residual bond resistance with satisfactory precision. The research findings serve to explain the interface bond mechanism between UHPFRC and steel, which is significant for the design of steel-UHPFRC composite structures and verify the feasibility of eliminating longitudinal rebars and stirrups by using UHPFRC in composite columns.
The roughness of substrate concrete interfaces before new concrete placement has a major effect on the interface bond behaviour. However, there are challenges associated with the consistency of the final roughness interface prepared using conventional roughness preparation methods which influences the interface bond performance. In this study, five quantitative interface roughness textures with different roughness tooth angles, depths, and tooth distribution were created to ensure consistency of interface roughness and to evaluate the bond behaviour at a precast and new concrete interface using the splitting tensile test, slant shear test, and double-shear test. In addition, smooth interface specimens and two separate the pitting interface roughness were also utilized. Obtained results indicate that the quantitative roughness has a very limited effect on the interface tensile bond strength if no extra micro-roughness or bonding agent is added at the interface. The roughness method however causes enhanced shear bond strength at the interface. Increased tooth depth improved both the tensile and shear bond strength of the interfaces, while the tooth distribution mainly influenced the shear bond strength. Major failure modes of the test specimens include interface failure, splitting cracks, and sliding failure, and are influenced by the tooth depth and tooth distribution. Furthermore, the interface properties were obtained and presented while a comparison between the different testing methods, in terms of bond strength, was performed.
This paper presents a study on the effects of localized steel-concrete bond degradation on the flexural behaviour of RC beams. A finite element analysis is undertaken to complete the experimental analysis. The first part deals with an experimental study on beams where bond was removed by using plastic tube at different locations and for various lengths. The flexural behaviour was studied at global scale (load-deflection) and local scale (moment-curvature). The second part, a numerical study using a simplified special finite element (rust element) modelling the rust layer occurring between reinforcement and concrete with corrosion was conducted in order to find the relation between the degree of corrosion and the degradation of the steel-concrete bond. The computed value of the corrosion degree corresponding to the total degradation of bond has been used in a second time to model the tests, in order to evaluate the influence of the loss of bond, the steel cross section reduction, and the combination of both. The results enable to evaluate the influence of the different corrosion effects on the flexural behaviour, according to the length and the location of the corroded zone.
The bond performance of glass fibre reinforced polymer (GFRP) bars and that of steel bars embedded in Alkali Activated Cement (AAC) concrete are analysed and compared using pull-out specimens. The bond failure modes, the average bond strength and the free end bond stress-slip curves are used for comparison. Tepfers' concrete ring model is used to further analyse the splitting failure in ribbed steel bar and GFRP bar specimens. The angle the bond forces make with the bar axis was calculated and used for comparing bond behaviour of ribbed steel bar and GFRP bars in AAC concrete. The results showed that bond failure mode plays a significant role in the comparison of the average bond stress of the specimens at failure. In case of pull-out failure mode, specimens with ribbed steel bars showed a higher bond strength while specimens with GFRP bars showed a higher bond stress in case of splitting failure mode. Comparison of the bond stress-slip curves of ribbed steel bars and GFRP bars depicted that the constant bond stress region at the peak is much smaller in case of GFRP bars than ribbed steel bars indicating a basic bond mechanism difference in GFRP and ribbed steel bars.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.301-313
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2017
This paper presents the fibre-matrix interfacial properties of hooked end steel fibres embedded in ultra-high performance mortars with various water/binder (W/B) ratios. The principle objective was to improve bond behaviour in terms of bond strength by reducing the (W/B) ratio to a minimum. Results show that a decrease in W/B ratio has a significant effect on the bond-slip behaviour of both types of 3D fibres, especially when the W/B ratio was reduced from 0.25 to 0.15. Furthermore, the optimization in maximizing pullout load and total pullout work is found to be more prominent for the 3D fibres with a larger diameter than for fibres with a smaller diameter. On the contrary, increasing the embedded length of the 3D fibres did not result in an improvement on the maximum pullout load, but increase in the total pullout work.
In this study, the shear behaviour of reinforced concrete (RC) beams that were retrofitted using precast panels of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) is presented. The precast UHPFRC panels were glued to the side surfaces of RC beams using epoxy adhesive in two different configurations: (i) retrofitting two sides, and (ii) retrofitting three sides. Experimental tests on the adhesive bond were conducted to estimate the bond capacity between the UHPFRC and normal concrete. All the specimens were tested in shear under varying levels of shear span-to-depth ratio (a/d=1.0; 1.5). For both types of configuration, the retrofitted specimens exhibited a significant improvement in terms of stiffness, load carrying capacity and failure mode. In addition, the UHPFRC retrofitting panels glued in three-sides shifted the failure from brittle shear to a more ductile flexural failure with enhancing the shear capacity up to 70%. This was more noticeable in beams that were tested with a/d=1.5. An approach for the approximation of the failure capacity of the retrofitted RC beams was evolved using a multi-level regression of the data obtained from the experimental work. The predicted values of strength have been validated by comparing them with the available test data. In addition, a 3-D finite element model (FEM) was developed to estimate the failure load and overall behaviour of the retrofitted beams. The FEM of the retrofitted beams was conducted using the non-linear finite element software ABAQUS.
The effects of rebar corrosion on the structural behaviour of reinforced concrete structures were discussed based on recent experimental investigation. The load carrying capacity of the deteriorated beams was quantitatively estimated by evaluating the degree of rebar corrosion in terms of the average cross-sectional loss of longitudinal reinforcing bars and bond deterioration between corroded reinforcing bars and concrete.
This paper presents the experimental results for the interfacial bond behaviour between AFRP strip and steel members. The objective of this paper is to examine the interfacial behavior and to evaluate the interfacial bond stress between Aramid FRP strips and steel plates. The test variables were bond length and AFRP thickness. 18 specimens were fabricated and one-face shear type bond tests were conducted in this study. There were two types of failure mode which were debonding and delamination between AFRP strip and steel plates. From the test, the load was increased with the increasing of bond length and AFRP thickness, which was observed that maximum increase of 63 and 86% were also achieved in load with the increasing of bond length and AFRP thickness, respectively. Finally, bond and slip characteristics had the elastic bond-slip model and it was observed that bond strength and fracture energy were not affected by bond length and AFRP thickness.
The use of recycled aggregate in concrete is gaining much attention due to the growing need for sustainability in construction. In the present study, Self Compacting Concrete (SCC) is made using both natural and recycled aggregate (crushed recycled concrete aggregate from building demolished waste) and performance of recycled aggregate based SCC for the bond behaviour of reinforcement is evaluated. The major factors that influence the bond like concrete compressive strength (Mix-A, B and C), diameter of bar ($D_b=10$, 12 and 16 mm) and embedment length of bar ($L_d=2.5Db$, $5D_b$ and full depth of specimen) are the parameters considered in the present study in addition to type of aggregates (natural and recycled aggregates). The mix proportions of Natural Aggregate SCC (NASCC) are arrived based on the specifications of IS 10262. The mix proportions also satisfy the guidelines of EFNARC. In case of Recycled Aggregate SCC (RASCC), both the natural coarse and fine aggregates are replaced 100% by volume with that of recycled aggregates. These mixes are also evaluated for fresh properties as per EFNARC. The hardened properties like compressive strength, split tensile strength and flexural strength are also determined. The pull-out test is conducted as per the specifications of IS 2770 (Part-1) for determining the bond strength of reinforcement. Bond stress versus slip curves were plotted and a typical comparison of RASCC is made with NASCC. The fracture energy i.e., area under the bond stress slip curve is determined. With the use of recycled aggregates, reduction in maximum bond stress is noticed whereas, the normalised maximum bond stress is higher in case of recycled aggregates. Based on the experimental results, regression analysis is conducted and an equation is proposed to predict the maximum bond stress of RASCC. The equation is in good agreement with the experimental results. The available models in the literature are made use to predict the maximum bond stress and compare the present results.
The present work is concerned with a numerical investigation of the behaviour of reinforced-concrete beams with non-bonded flexural tension reinforcement. The numerically-established behaviour of such beams with and without transverse reinforcement is compared with its counterpart of similar beams with bonded reinforcement. From the comparison, it is found that the development of bond anywhere within the shear span inevitably leads to inclined cracking which is the cause of 'shear' failure. On the other hand, the lack of bond within the shear span of the beams is found, not only to prevent cracking within the shear span, but, also, to lead to a flexural type of failure preceded by the formation of horizontal splitting of concrete in the compressive zone. It is also found that delaying the extension of horizontal splitting through the provision of transverse reinforcement in the beam mid span can lead to flexural failure after yielding of the tension reinforcement. Yielding of the tension reinforcement before the horizontal splitting of the compressive zone may also be achieved by reducing the amount of the latter reinforcement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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