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.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.6
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pp.67-76
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2020
This paper reports an experimental study to evaluate the flexural behavior of concrete beams reinforced using Fe based shape memory alloy (Fe-SMA) bars. For the experiment, a concrete beam of 200mm×300mm×2,200mm was produced, and a 4% pre-strained Fe-SMA bar was used as a tensile reinforcement. As experimental variables, type of tensile reinforcement (SD400, Fe-SMA), reinforcement ratio (0.2, 0.39, 0.59, 0.78), activation of Fe-SMA (activation, non-activation), and joint method of Fe-SMA bar (Continuous, welding, coupler) were considered. The electric resistance heating method was used to activate the Fe-SMA bar, and a current of 5A/㎟ was supplied until the specimen reached 160℃. After the upward displacement of the specimen due to the camber effect was stabilized, a three-point flexural loading experiment was performed using an actuator of 2,000 kN capacity. As a result of the experiment, it was found that the upward displacement occurred due to the camber effect as the Fe-SMA bar was activated. The specimen that activated the Fe-SMA bar had an initial crack at a higher load than the specimen that did not activate it. However, as with general prestressed concrete, the effect of the prestress by Fe-SMA activation on the ultimate state of the beam was insignificant.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.2
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pp.53-60
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2024
Prestressed concrete (PSC) bridges are vulnerable to corrosion and fracture of tendons, and in particular, structures using the internal post-tensioned with grouted system have difficulties in maintenance due to limitations of inspection. In this study, the actual behavior of PSC I girder bridge was analyzed according to tendon damage. The target PSC I girder bridge, an decommissioned highway bridge of upper and lower bridges, had the service period of 33 years and 20 years, respectively. Deflection and concrete strain were measured according to the location of damaged tendon and loading method. Regardless of the age of the bridge, its structural performance decreased when the damaged tendon was closer to the center of the girder. The change in behavior increased as the truck load approached to the girder where the tendon cut. If the load was applied to the adjacent girder where the tendon was cut, the structural performance was likely to be maintained due to the influence of the entire structural system. The change in deflection was difficult to observe visually, while the concrete strain exceeded the cracking strain. Therefore, it is recommended that future monitoring and inspection of PSC I girder bridges should focus on concrete strain or cracking.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.1
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pp.1-8
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2023
At construction sites, interest in the production of precast materials is increasing due to off-site conditions due to changes in construction site conditions due to increased labor costs and the Act on the Punishment of Serious Accidents. In particular, the precast prestressed hollow slab has a hollow shape in the cross section, so structural performance is secured by reducing weight and controlling deflection through stranded wires. With the application of structural standards, the urgency of securing fire resistance performance is emerging. In this study, a fire-resistance cross section was developed by reducing the concrete filling rate in the cross section and improving the upper and lower flange shapes by optimizing the hollow shape in the cross section of the slab to have the same or better structural performance and economic efficiency compared to the existing hollow slab. The PC hollow slab to which this was applied was subjected to a two-hour fire resistance test using the cross-sectional thickness as a variable, and as a result of the test, fire resistance performance (load bearing capacity, heat shielding property, flame retardance property) was secured. Based on the experimental results, it is determined that fire resistance modeling can be established through numerical analysis simulation, and prediction of fire resistance analysis is possible according to the change of the cross-sectional shape in the future.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.1
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pp.1-13
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2009
A study for the nonlinear solution strategies to predict the ultimate behavior of a curved PSC cable-stayed bridge with complex geometry and highly nonlinear characteristics is presented. The load and displacement control strategies are used and found to be stable for the nonlinear solution of the PSC bridge up to the moderately excessive load. The ultimate analysis of curved PSC cable-stayed bridge using these solution strategies is not converged due to the propagation of the cracks in the wide range of the concrete elements and excessive variation of the stresses in the concrete elements and cables according to the complex geometry. The load control strategy using scale-down of the unbalanced loads is proposed as an alternative method for the case that the solution is not converged due to the severe nonlinearities involved in the PSC structures like a curved PSC cable-stayed bridge. Through the ultimate analysis of the PSC girder, the accuracy and the stability of the proposed solution strategies are evaluated. Finally, the numerical results for the ultimate analysis of the curved PSC cable-stayed bridge using scale-down of the unbalanced loads are compared with those obtained from other investigator. The validity of the proposed nonlinear solution strategy is demonstrated fairly well.
This paper presents a systematic approach for estimating fragility curves and damage probability matrices for different frequencies. Fragility curves and damage probability indicate the probabilities that a structure will sustain different degrees of damage at different ground motion levels. The seismic damages are to achieved by probabilistic evaluation because of uncertainty of earthquakes. In contrast to previous approaches, this paper presents a method that is based on nonlinear dynamic analysis of the structure using empirical data. This paper presents the probability of damage as a function of peak ground acceleration and estimates the probability of five damage levels for prestressed concrete (PSC) bridge pier subjected to given ground acceleration. At each level, 100 artificial earthquake motions were generated in terms of soil conditions, and nonlinear time domain analyses was performed for the damage states of PSC bridge pier structures. These damage states are described by displacement ductility resulting from seismic performance based on existing research results. Using the damage states and ground motion parameters, five fragility curves for PSC bridge pier with five types of dominant frequencies were constructed assuming a log-normal distribution. The effect of dominant frequences was found to be significant on fragility curves.
For the evaluation of the load carrying capacity of the deteriorated PSC I girder bridge in service load state and the verification of the grade to the reinforcement effect of actual bridge strengthened by external prestressing tendons, the field test using vehicles is applied widely. Because this teat was executed in elastic range, the investigation of the characteristics of behavior caused by live load is only available. And it is impossible to estimate load carrying capacity in limit state and nonlinear behavior after that a crack is appeared. In this study, the 27-year-old prestressed concrete girder bridge is used and various load tests are performed, so we evaluate the behavior characteristics of the bridge in service load state and ultimate load state, and estimate the load carrying capacity of bridge. In addition, the artificial damages are induced from cutting internal tendons, and external tendons is added to strengthen it as much as vanished internal tendons. Next we compare the damage state with the strengthening state. In case of the application of external prestressing method to PSC I girder bridge, the present experiment result may decide more exactly the load carrying capacity of actual bridge, the amount for reinforcement, and the standard of quality control etc. at reinforcement work.
This paper discusses a series of experiments including material improvement in order to ensure quality of grouting for the post-tensioned structure. In prestressed concrete, grouting refers to the construction procedure of filling empty space of duct enclosing with strands using cementitious material, To date, adequate quality control of the grouting has not been established in Korea because the relationship between the grouting and durability of post-tensioned structure is not well-recognized. The Korean standard does not consider the important material characteristic, wick effect, which is caused by strands in the ducts and current standard testing method unlikely quantify reasonable material segregation. As a result, the grout material, which meets the current material standards, may exhibit excessive bleeding water or shrinkage during construction. In this study, international codes and standards related to grouting were surveyed. The ratio of constituents and novel admixtures were suggested to meet equivalently with these standards. Performance of this enhanced grout was compared to common domestic grout using the international standard testing method. A series of mock-up specimens considering geometry of PC beam was constructed and grout flow pattern was observed as the grout was injected. It was observed that the grouting performance was highly influenced by material properties and filling characteristic can be varied depending on geometry of ducts.
Two full scale precast pretensioned dapped ended rectangular beams designed by PCI design handbook for a major domestic live load of market and parking building - 500kgf/㎡ and 1,200kgf/㎡ were investigated experimentally. The bottom length of beams was 60cm which was same to the length of rectangular column in the base of five-story market or parking buildings. The height of dap was web hight plus half of the flange height within the allowable limit of PCI method. Shear tests were performed on four beam ends. Followings were obtained from the experimental study. All of the specimens were fully complied with the PCI design handbook. Two of four specimens which were designed for live load of 1,200kgf/㎡ showed crackings at the re-entrant corner of dap before the full service loadings, and failed by direct shear at the load level much less than their calculated nominal strength. The specimens designed for live load of 1,200kgf/㎡ failed at 772 tonf and 78.36tonf by direct shear crackings. This strength was less than PCI limit of 81.9 tonf and higher than ACI limit of 65.62tonf. Thus, the limit suggested by ACI seems more reasonable in regard of safety in view of this test results. According to load-strain curves, the strain of hanger reinforcement reached almost yield strain. It is recommended to use more inclined hanger reinforcement of improve the strength and serviceability.
Integral and rigid frame bridges have advantages in bridge maintenance and structural efficiency by eliminating expansion joints and bridge supports. However, the detail of typical girder-abutment connection is rather complex and increases construction cost depending on construction detail. For the purpose of compensating disadvantages such as complexity and additional cost, a new type of bridge is proposed in this study, which improves the efficiency of construction by simplifying the construction detail of girder-abutment connection. The proposed bridge has the connection detail of steel girder and abutment integrated by prestressed PS bar installed in the connection. In this study, finite element analysis and fatigue load test are conducted to evaluate the fatigue capacity of the proposed girder-abutment connection. The results of the finite element analysis revealed that the possibility of the fatigue damage in the girder-abutment connection is very low. The results of the fatigue load test verified that the integrity of the girder and abutment connection is maintained after 2,000,000 cycles of fatigue loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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