Providakis, C.P.;Triantafillou, T.C.;Karabalis, D.;Papanicolaou, A.;Stefanaki, K.;Tsantilis, A.;Tzoura, E.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.5
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pp.811-830
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2014
A numerical study has been carried out to simulate an innovative monitoring procedure to detect and localize damage in reinforced concrete beams retrofitted with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) unidirectional laminates. The main novelty of the present simulation is its ability to conduct the electromechanical admittance monitoring technique by considerably compressing the amount of data required for damage detection and localization. A FEM simulation of electromechanical admittance-based sensing technique was employed by applying lead zirconate titanate (PZT) transducers to acquire impedance spectrum signatures. Response surface methodology (RSM) is finally adopted as a tool for solving inverse problems to estimate the location and size of damaged areas from the relationship between damage and electromechanical admittance changes computed at PZT transducer surfaces. This statistical metamodel technique allows polynomial models to be produced without requiring complicated modeling or numerous data sets after the generation of damage, leading to considerably lower cost of creating diagnostic database. Finally, a numerical example is carried out regarding a steel-reinforced concrete (RC) beam model monotonically loaded up to its failure which is also retrofitted by a CFRP laminate to verify the validity of the present metamodeling monitoring technique. The load-carrying capacity of concrete is predicted in the present paper by utilizing an Ottosen-type failure surface in order to better take into account the passive confinement behavior of retrofitted concrete material under the application of FRP laminate.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.1
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pp.121-128
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1999
In this study, the behavior of R/C beams strengthened with carbon fiber laminate (CFL) is analyzed from the test results. CFL is attractive for this application due to its good tensile strength and low weight. Test parameters are the width and the thickness of CFL and repair of damaged specimen. The failure mode and ultimate load are analyzed from these measured data. Test results show that the peak load of specimens strengthened with CFL is increased to 1.27~2.04 times that of non-rehabilitation specimen. The wider lap width, larger amount of CFL, the larger strength is obtained. But the ductile behavior of the rehabilitated specimens is inversely proportional to the CFL thickness.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.4
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pp.107-118
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2002
The purpose of this study is to investigate the strengthening effect of RC beams with carbon fiber grid. Carbon fiber grid that is very lightweight and stronger than steel reinforcement does not rust or corrode and has a very high resistance to salt. In this study, five real size specimens which are strengthened with different types of carbon fiber grid are tested. With the results of this tests, we found the physical and mechanical properties of carbon fiber grid and polymer mortar which are used to strengthen the damaged or cracked reinforcement concrete beams. we also investigate the strengthening effect of carbon fiber grid on the five flexural test specimens that have cracks.
In order to get a better understanding of seismic performance of exterior beam-column joint, reciprocating loading tests with variable loading speeds or axial forces were carried out. The main findings indicate that only few cracks exist on the surface of the joint core area, while the plastic hinge region at the beam end is seriously damaged. The damage of the specimen is more serious with the increase of the upper limit of variable axial force. The deflection ductility coefficient of specimen decreases to various degrees after the upper limit of variable axial force increases. In addition, the higher the loading speed is, the lower the deflection ductility coefficient of the specimen is. The stiffness of the specimen decreases as the upper limit of variable axial force or the loading speed increase. Compared to the influence of variable axial force, the influence of the loading speed on the stiffness degradation of the specimen is more obvious. The cumulative energy dissipation and the equivalent viscous damping coefficient of specimen decrease with the increase of loading speed. The influence of variable axial force on the energy dissipation of specimen varies under different loading speeds. Based on the truss model, the biaxial stress criterion, the Rankine criterion, the Kent-Scott-Park model, the equivalent theorem of shearing stress, the softened strut-and-tie model, the controlled slip theory and the proposed equations, a calculation method for the shear capacity is proposed with satisfactory prediction results.
In this study, standoff detonation tests and static beam tests on $160{\times}290{\times}2200mm$ RC beams were conducted to investigate the effect of local damage on the flexural strength and ductility index. And also, blast resistance of RC beams strengthened with steel fiber and FRP sheet were evaluated by these tests. The standoff detonation tests were performed with charge weight of 1kg and standoff distance of 0.1m. After the tests, crater diameters and loss weights of specimens were measured to evaluate the local damage of specimens. Flexural strength and ductility index were measured by conducting the static beam tests on the damaged and undamaged specimens. As a test results, normal concrete specimen(NC) showed relatively large crater and spall diameters that caused weight loss of 23.5kg as a local damage. Whereas, steel fiber reinforced concrete specimen(SFRC) and FRP sheet retrofitted specimens(NC-F, NC-FS) showed higher blast resistance than NC by reducing crater size and weight loss. Flexural strength and ductility index were decreased in case of local damaged specimens by detonation. Especially, large decrease of flexural strength was shown in NC as compared with intact specimen and brittle failure was occurred due to buckling of compressive reinforcement. In case of specimens strengthened with steel fiber and FRP sheet, residual flexural strength and ductility index were increased as compared with NC. In these results, it is concluded that critical local damage can be occurred unless enough standoff distance can be assured even if the charge weight is small. and it is verified that strengthening method using steel fiber and FRP sheet can increase blast resistance.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.8
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pp.3745-3751
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2011
In this study flexural strength of damaged concrete beams reinforced by CFS is analysed. Nonlinear section analysis is used to include stress status of tension bars and compressive concrete under loads acting on the original member at the time of strengthening. Calculated flexural strength is compared with Sin-Hong formula which is frequently used in CFS reinforcement design. Nonlinear analysis with variation of the number of strengthening CFS, the ratio of tensile reinforcement, the ratio of section dimension shows that the flexural strength of CFS reinforced beams much depends on reinforcing stage. From the result of this analysis, the flexural strength of CFS reinforced concrete beam is reduced according to the magnitude of pre-loaded service loads.
Behinaein, Pegah;Cotsovos, Demetrios M.;Abbas, Ali A.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.337-353
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2018
The present study focuses on examining the structural behaviour of steel-fibre-reinforced concrete (SFRC) beams under high rates of loading largely associated with impact problems. Fibres are added to the concrete mix to enhance ductility and energy absorption, which is important for impact-resistant design. A simple, yet practical non-linear finite-element analysis (NLFEA) model was used in the present study. Experimental static and impact tests were also carried out on beams spanning 1.3 meter with weights dropped from heights of 1.5 m and 2.5 m, respectively. The numerical model realistically describes the fully-brittle tensile behaviour of plain concrete as well as the contribution of steel fibres to the post-cracking response (the latter was allowed for by conveniently adjusting the constitutive relations for plain concrete, mainly in uniaxial tension). Suitable material relations (describing compression, tension and shear) were selected for SFRC and incorporated into ABAQUS software Brittle Cracking concrete model. A more complex model (i.e., the Damaged Plasticity concrete model in ABAQUS) was also considered and it was found that the seemingly simple (but fundamental) Brittle Cracking model yielded reliable results. Published data obtained from drop-weight experimental tests on RC and SFRC beams indicates that there is an increase in the maximum load recorded (compared to the corresponding static one) and a reduction in the portion of the beam span reacting to the impact load. However, there is considerable scatter and the specimens were often tested to complete destruction and thus yielding post-failure characteristics of little design value and making it difficult to pinpoint the actual load-carrying capacity and identify the associated true ultimate limit state (ULS). To address this, dynamic NLFEA was employed and the impact load applied was reduced gradually and applied in pulses to pinpoint the actual failure point. Different case studies were considered covering impact loading responses at both the material and structural levels as well as comparisons between RC and SFRC specimens. Steel fibres were found to increase the load-carrying capacity and deformability by offering better control over the cracking process concrete undergoes and allowing the impact energy to be absorbed more effectively compared to conventional RC members. This is useful for impact-resistant design of SFRC beams.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.4
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pp.100-107
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2018
The objective of this study is to assess the strengthening effects of fiber reinforced polymer(FRP) sheets such as Carbon fiber, Glass fiber, and PET(polyethylene terephthalate) on reinforced concrete flexural members. Variables of theoretical analysis are types of strengthening materials, material properties and amount of strengthening materials. A virtual flexural member without FRP sheets was created as a control specimen to understand the structural behavior of the non-strengthened specimen in terms of elastic and ultimate cross section. In total, 11 specimens including one non-strengthened and ten strengthened specimens were investigated. Various variables such as types of strengthening, strengthening properties, and amount of strengthening were studied to compare the behavior of the control specimen with those of strengthened specimens with regard to moment-curvature relationship. Results of theoretical analysis showed that the moment capacity of strengthened specimens was superior to that of the control specimen. However, the control specimen indicated the best ductility among all the specimens. As the amount of strengthening increased, flexural performance was improved. Furthermore, the results indicated that the ductile effect of members was affected by the ultimate strain of FRP sheets. The strengthening effect on the damaged member was similar to that on the non-damaged one since there was less than 10% difference in terms of flexural strength and ductility. Therefore, even if a damaged member is treated as non-damaged for analysis there is probably no noticeable difference.
The near surface mounted (NSM) FRP strengthening method has been conventionally applied for strengthening the deteriorated concrete structures. The NSM strengthening method, however, has been issued with the problem of limitation of the cutting depth which is usually considered as concrete cover depth. This may be related with degradation of bonding performance in long-term service state. To improve the debonding problem, in this study, the Stirrup partial-cutting NSM (SCNSM) strengthening method using CFRP plate was newly developed. SCNSM strengthening method can be effectively applied to the deteriorated concrete structure without any troubles of insufficient cutting depth. To experimentally verify the structural behavior, the flexural test of the concrete beam by using the SCNSM strengthening method was conducted with the test variable as the strengthening length (32%, 48%, 70%, 80%, 96% of span length). In the result of the test, the NSM and SCNSM strengthened specimen showed similar structural behavior with load-deflection, mode of failure. Additionally, there was no apparent structural degradation by the stirrup partial-cutting. Consequently, it was evaluated that the SCNSM strengthening method can be useful for seriously damaged concrete structures that is hard to apply the conventional NSM strengthening method for increasing the structural capacity.
FREP(Fiber Reinforced Epoxy Panel) are used for strengthening the damaged RC beams due to its good tensile strength, low weight, resistance to corrosion, and easy applicability. This study sets up structure equation for FREP bending reinforcement before and during the usage of RC beam. It finds the difference and finds the mechanical characteristics of rip-off failure that is caused by stress concentration in reinforcement material cutting part to estimate the performance of bending reinforcement. The result of this research can be summarized as two main consequences. The main failure of FREP reinforced concrete beam is rip-off failure and it evaluated rip-off failure of RC reinforcing bean based on the test and analytical conditions of this study. It found that stress was concentrated due to rapid change of bending rigidity in reinforced cutting part as a result of excessive reinforcement thickness of FREP. It resulted in rip-off failure. It means that it should evaluate the rip-off failure when designing reinforcement. It analyzed the reinforcement effect according to reinforced period for FREP. It found that reinforcement effect of P-Type that was reinforced during the usage decreased compared to I-Type that was reinforced before the usage. So when reinforcing a existing structure that is being used, it should consider the stress that is produced due to the fixed load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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