This study investigates the flexural behavior of steel-concrete composite beams strengthened with prestressed carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) plates. An innovative mechanical anchorage system was developed. The components of the system can be easily assembled on site before applying a prestressing force, and removed from the structures after strengthening is completed. A total of seven steel-concrete composite specimens including four simply supported beams strengthened at the positive moment region and three continuous beams strengthened at the negative moment region were tested statically until failure. Experimental results showed that the use of prestressed CFRP plates enhanced the flexural capacity and reduced the mid-span deflection of the beams. Furthermore, by prestressing the CFRP laminates, the material was used more efficiently, and the crack resistance of the continuous composite specimens at the central support was significantly improved after strengthening. Overall, the anchorage system proved to be practical and feasible for the strengthening of steel-concrete composite beams. The theoretical analysis of ultimate bearing capacity is reported, and good agreement between analytical values and experimental results is achieved.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.3E
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pp.199-205
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2006
The composite frame system with reinforced concrete column and steel beam can be improved in its structural efficiency by complementing the shortcomings of the two systems. The system, however, has many inherent problems in practical design and construction process due to the dissimilarities of the materials. Considering these circumstance, this research aims for the development of a composite structural system which connects the steel beams to the R/C columns with higher structural safety and economy. Basically, the proposed connection system is composed of four split tees, structural angles reinforced by a stiffener, high strength steel rods, connecting plates and shear plates. Structural tests have been carried out to investigate the moment transfer mechanism 1Tom the beam flange to steel rods or connecting plates through the structural angle reinforced by a stiffener. The four prototype specimens have been tested until the flange of the beam reached a plastic state. The test results indicated that no distinct material dissimilarities between concrete and steel have been detected for the proposed hybrid beam-column connection system and that the stress transfer through the structural angle between the beam flange and steel rods or connecting plates was very encouraging.
Reinforced concrete (RC) columns are the primary type of vertical support used in building structures that sustain vertical loads. However, their strength may be insufficient due to fire, earthquake or volatile environments. The load demand may be increased due to new functional usages of the structure. The deformability of concrete columns can be greatly reduced under high axial load conditions. In response, a novel steel encasement that distinguishes from the traditional steel jacketing that is assembled by welding or bolt is developed. This novel strengthening method features easy installation and quick strengthening because direct fastening is used to connect the four steel plates surrounding the column. This new connection method is usually used to quickly and stably connect two steel components by driving high strength fastener into the steel components. The connections together with the steel plates behave like transverse reinforcement, which can provide passive confinement to the concrete. The confined column along with the steel plates resist the axial load. By this way, the axial load capacity and deformability of the column can be enhanced. Eight columns are tested to examine the reliability and effectiveness of the proposed method. The effects of the vertical spacing between adjacent connections, thickness of the steel plate and number of fasteners in each connection are studied to identify the critical parameters which affect the load bearing performance and deformation behavior. Lastly, a theoretical model is proposed for predicting the axial load capacity of the strengthened RC columns.
Oehlers, Deric. J.;Nguyen, Ninh T.;Bradford, Mark A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.9
no.5
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pp.505-518
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2000
A major cause of premature debonding of tension face plates is shear peeling (Jones et al. 1988, Swamy et al. 1989, Ziraba et al. 1994, Zhang et al. 1995), that is debonding at the plate ends that is associated with the formation of shear diagonal cracks that are caused by the action of vertical shear forces. It is shown in this paper how side plated beams are less prone to shear peeling than tension face plated beams, as the side plate automatically increases the resistance of the reinforced concrete beam to shear peeling. Tests are used to determine the increase in the shear peeling resistance that the side plates provide, and also the effect of vertical shear forces on the pure flexural peeling strength that was determined in the companion paper. Design rules are then developed to prevent premature debonding of the plate ends due to peeling and they are applied to the strengthening and stiffening of continuous reinforced concrete beams. It is shown how these design rules for side plated beams can be adapted to allow for propped and unpropped construction and the time effects of creep and shrinkage, and how side plates can be used in conjunction with tension face plates.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1994.10a
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pp.331-336
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1994
This paper presents comprehensive test data on the effect of Epoxy-Bonded Steel Plates on the ultimate strengths, ductilities, failure modes and structural deformations of flexural members strengthened with steel plates on the tension face. To achieve the purpose, six specimens with and without Epoxy-Bonded steel Plates were tested. The results show that Epoxy-Bonded Steel Plate is very effective for strengthening the damaged structure, That is, plated members have enhanced ultimate strength at all load levels until failure. However, the failure mode of plated members is brittle as soon as steel plate separates from concrete face.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.729-732
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1999
In this paper, the Mohr-Coulomb criterion was adopted to predict the bonding failure load of the reinforced concrete beams strengthened by the externally bonded steel plates. Based on this criterion, a nonlinear analysis program of APSB(Analysis Program for Strengthened Beams) and nonlinear finite element analysis program of RCSD-SB (Reinforced Concrete Structural Design - Strengthened Beams) were developed. Numerical results were then compared with experimental results and good agreements were obtained.
Park Jong Sup;Park Young Hwan;You Young Jun;Jung Woo Tae
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.72-75
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2004
Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) composites are widely applied to strengthen deteriorated concrete structures. This paper presents the experimental results of the performance of reinforced concrete(RC) beams strengthened with externally prestressed CFRP plates. Simple beams with 3 m span length were tested to investigate the effect of prestressing force of CFRP plates on the flexural behavior of externally strengthened RC beams.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.691-696
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2000
Shear strengthening method by steel plates and fiber reinforced polymer lamination has recently been favorably selected due to its efficiencies of duration and performance. Shear failure being brittle and difficult to predict, reinforced concrete structures must have sufficient capacity to absorb the energy for shear failure and to support temporarily the overload which may result due to the loss of shear capacity to the structure. These respects being considered, this research has carried out with the purpose of the experimental verification of the shear strengthening effect and ductility evaluation.
Kim, Hyeong-Su;Hong, Ki-Nam;Woo, Sang-Kyun;Song, Young-Cheol;Han, Sang-Hoon
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.471-474
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2005
This thesis presents the results of a study on improvement in flexure capacities of reinforced concrete beams strengthened with prestressed CFRP plates. Test variables included the type of strengthening, steel ratio and prestressing level. The experimental results show that proposed methods can increase the flexure capacity such as strength, stiffness of the beam remarkably.
This paper presents a numerical study on the flat plates in deep basements, subjected to floor load and in-plane compressive load due to soil and hydraulic lateral pressure. For nonlinear finite element analysis, a computer program addressing material and geometric nonlinearities is developed. The validity of the numerical model is established by comparison with existing experiments performed on plates simply supported on four edges. The flat plates to be studied are designed according to the Direct Design Method in ACI 318-95. Through numerical study on the effects of different load combinations and loading sequence, the load condition that governs the strength of the flat plates is determined. For plates under the governing load condition, parametric studies are performed to investigate the strength variations with reinforcement ratio, aspect ratio, concrete strength, and slenderness ratio. Based on the numerical results, the floor load magnification factor is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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