The flexural behavior of Fiber reinforced polymer (FRP) sheets has gained much research interest in the flexural strengthening of reinforced concrete beams. The study on flexure includes various parameters like increase in strength of the member due to the externally bonded (EB) Fiber reinforced polymer, crack patterns, debonding of the fiber from the structure, scaling, convenience of using the fibers, cost effectiveness, etc. The present work aims to study experimentally about the reasons behind the failure due to flexure of an externally bonded FRP concrete beam. In the design of FRP-reinforced concrete structures, deflection control is as critical as much as flexural strength. A numerical model is created using Finite element (FEM) software and the results are compared with that of the experiment.
Conventional reinforced concrete design codes assume ideal strain evolution in semi-deep beams with externally bonded fiber-reinforced polymer (EB-FRP) web strips. However, there is a strain interaction between internal stirrups and web strips, leading to a notable difference between code-based and experimental shear strengths. Current study provides an experiment-verified detailed numerical framework to assess the potential strain interaction under quasi-static monotonic load. Based on the observations, steel stirrups are effective only for low EB-FRP amounts and the over-strengthening of semi-deep beams prevents the stirrups from yielding, reducing its shear strength contribution. A notable difference is detected between the code-based and the study-based EB-FRP strain values, which is a function of the normalized FRP stress parameter. Semi-analytical relations are proposed to estimate the effective strain and stress of the components considering the potential strain interaction. For the sake of simplification, a linearized correction factor is proposed for the EB-FRP web strip strain, assuming its restraining effect as constant for all steel stirrup amounts.
Ben Ouezdou, Mongi;Belarbi, Abdeldjelil;Bae, Sang-Wook
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.3
no.2
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pp.127-131
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2009
Strengthening and repair of concrete structures using externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) composite sheets has been popular around the world during the last two decades. However, premature failure due to debonding of the FRP is one of the important issues still to be resolved. Numerous research studies have dealt with the debonding problem in terms of Effective Bond Length (EBL), however, determination of this length has not yet been completely assessed. This paper summarizes previous works on the EBL and proposes a new relationship of the EBL with the FRP stiffness based on the existing experimental data collected in this study.
Barakat, Samer;Al-Toubat, Salah;Leblouba, Moussa;Burai, Eman Al
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.5
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pp.579-589
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2019
Numerous experimental studies have been conducted on reinforced concrete (RC) beams strengthened in shear with externally bonded fiber reinforced polymer (EBFRP). The objectives of this work are to study the behavioral trends of shear strengthened EBFRP RC beams after updating the existing database. The previously published databases have been updated, enriched and cross checked for completeness, redundancy and consistency. The updated database now contains data on 698 EBFRP beams and covers the time span from 1992 to 2018. The collected database then refined applying certain filters and used to investigate and capture better interactions among various influencing parameters affecting the shear strength of EBFRP beams. These parameters include the type and properties of FRP, fiber orientation as well as the strengthening scheme, the shear and the longitudinal steel reinforcement ratios, the shear span ratio, and the geometry of the member. The refined database is used to test the prediction accuracy of the existing design models. Considerable scatters are found in the results of all tested prediction models and in many occasions the predictions are unsafe. To better understand the shear behavior of the EBFRP RC beams and then enhance the prediction models, it was concluded that focused experimental programs should be carried out.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.7
no.1
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pp.17-33
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2013
The most recent report by ACI Committee 440 on externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) strengthening systems states that systems designed to mechanically anchor FRP should be studied in detail and substantiated by physical testing. To select and design an appropriate anchorage system for use in an FRP strengthening system, it is important that findings from previous research studies be known. This paper presents a comprehensive literature review of the performance of different mechanical anchorage systems used in FRP strengthening applications. Each anchorage system is discussed in terms of its purpose and performance. Advantages and disadvantages of each system are discussed, and areas in need of future research are explored.
Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Meziane, M. Ait Amar;Bedia, E.A. Adda
Steel and Composite Structures
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v.20
no.2
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pp.413-429
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2016
A theoretical method to predict the interfacial stresses in the adhesive layer of reinforced concrete beams strengthened with externally bonded carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) plate is presented. The analysis provides efficient calculations for both shear and normal interfacial stresses in reinforced concrete beams strengthened with composite plates, and accounts for various effects of Poisson's ratio and Young's modulus of adhesive. Such interfacial stresses play a fundamental role in the mechanics of plated beams, because they can produce a sudden and premature failure. The analysis is based on equilibrium and deformations compatibility approach developed by Tounsi. In the present theoretical analysis, the adherend shear deformations are taken into account by assuming a parabolic shear stress through the thickness of both the reinforced concrete beam and bonded plate. The paper is concluded with a summary and recommendations for the design of the strengthened beam.
Shomali, Amir;Mostofinejad, Davood;Esfahani, Mohammad Reza
Advances in concrete construction
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v.8
no.2
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pp.145-154
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2019
The present experimental study addresses the structural response of reinforced concrete (RC) beams strengthened in shear. Thirteen RC beams were divided into four different sets to investigate the effect of transverse and longitudinal steel reinforcement ratios, concrete compressive strength change and orientation for installing carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) laminates. Then, we employed a shear strengthening solution through externally bonded reinforcement in grooves (EBRIG) and externally bonded reinforcement (EBR) techniques. In this regard, rectangular beams of $200{\times}300{\times}2000mm$ dimensions were subjected to the 4-point static loading condition and their load-displacement curves, load-carrying capacity and ductility changes were compared. The results revealed that using EBRIG method, the gain percentage augmented with the increase in the longitudinal reinforcement ratio. Also, in the RC beams with stirrups, the gain in shear strength decreased as transverse reinforcement ratio increased. The results also revealed that the shear resistance obtained by the experimental tests were in acceptable agreement with the design equations. Besides, the results of this research indicated that using the EBRIG system through vertical grooves in RC beams with and without stirrups caused the energy absorption to increase about 85% and 97%, respectively, relative to the control.
Majeed, Abeer A.;Allawi, Abbas A.;Chai, Kian H.;Badaruzzam, Hameedon W. Wan
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.3
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pp.397-406
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2017
The use of fiber reinforced polymer (FRP) for torsional strengthening of reinforced concrete (RC) single cell box beams has been analyzed considerably by researchers worldwide. However, little attention has been paid to torsional strengthening of multicell box girders in terms of both experimental and numerical research. This paper reports the experimental work in an overall investigation for torsional strengthening of multicell box section RC girders with externally-bonded Carbon Fiber Reinforced Polymer CFRP strips. Numerical work was carried out using non-linear finite element modeling (FEM). Good agreement in terms of torque-twist behavior, steel and CFRP reinforcement responses, and crack patterns was achieved. The unique failure modes of all the specimens were modeled correctly as well.
You Young Chan;Choi Ki Sun;Park Young-Hwan;Park Jong-Sup;Kim Keung Hwan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.255-258
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2005
Experimental study has been performed in order to investigate the behavior of RC beams strengthened with externally bonded prestressed CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) strips. A total of 7 specimens have been manufactured of which specimens strengthened with bonded CFRP strips considering the level of prestress as experimental variable, and a specimen with simply bonded CFRP strips. The following phenomena have been observed through the experimental results. The specimen with simply bonded CFRP strips failed below 50$\%$ of its tensile strength due to premature debonding. On the other hand, all the specimens strengthened with prestressed CFRP strips showed sufficient strengthening performance up to the ultimate rupture load of the CFRP strips. Also, it was observed that the cracking loads and yield loads of the strengthened beams were increased proportionally to the prestress level, but the maximum loads were nearly equal regardless of the prestress level.
Jabbar, Ali Sami Abdul;Alam, Md Ashraful;Mustapha, Kamal Nasharuddin
Steel and Composite Structures
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v.20
no.6
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pp.1275-1303
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2016
Steel plates and carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) laminates or plates bonded to concrete substrates have been widely used for concrete strengthening. However, this technique cause plate debonding, which makes the strengthening system inefficient. The main objective of this study is to enhance the bond strength of externally bonded steel plates and CFRP laminates to the concrete surface by proposing new embedded adhesive and steel connectors. The effects of these new embedded connectors were investigated through the tests on 36 prism specimens. Parameters such as interfacial shear stress, fracture energy and the maximum strains in plates were also determined in this study and compared with the maximum value of debonding stresses using a relevant failure criterion by means of pullout test. The study indicates that the interfacial bond strength between the externally bonded plates and concrete can be increased remarkably by using these connectors. The investigation verifies that steel connectors increase the shear bond strength by 48% compared to 38% for the adhesive connectors. Thus, steel connectors are more effective than adhesive connectors in increasing shear bond strength. Results also show that the use of double connectors significantly increases interfacial shear stress and decrease debonding failure. Finally, a new proposed formula is modified to predict the maximum bond strength of steel plates and CFRP laminates adhesively glued to concrete in the presence of the embedded connectors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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