This paper summarizes the experimental study of the shear behaviour of Hybrid Fibre Reinforced Concrete (HFRC) beams retrofitted by using externally bonded Glass Fibre Reinforced Polymer (GFRP) laminates. To attain the set-out objectives of the present investigation, steel fibre of 1% and polypropylene fibre of 0.30% was used for hybrid steel-polypropylene fibre reinforced concrete: whereas for hybrid glass-polypropylene fibre reinforced concrete, glass fibre by 0.03% and polypropylene fibre of 0.03% by volume of concrete was used. In this study, 9 numbers of beams were cast and tested into three groups (Group I, II & III). Each group containing 3 numbers of beams, out of which one serve as a control beam or a hybrid steel-polypropylene fibre reinforced concrete beam or a hybrid glass - polypropylene fibre reinforced concrete beam and the remaining two beams were preloaded until shear cracks appeared up to 75% of ultimate load and then preloaded beams (damaged beams) were retrofitted with GFRP laminates at shear zone in the form of strips, as one beam in vertical position and another beam in inclined position to restrict the shear cracks. Finally, the retrofitted beams were loaded until failure and test results were compared. The experimental tests have been conducted to investigate various parameters of structural performance, such as load carrying capacity, crack pattern and failure modes, load-deflection responses and ductility relations. The test results revealed that beams retrofitted using GFRP laminates considerably increased the load carrying capacity. In addition, it was found that beams retrofitted with inclined strip offers superior performance than vertical one. Comparing the test results, it was observed that hybrid steel-polypropylene fibre reinforced concrete beam retrofitted with GFRP laminates showed enhanced behaviour as compared to other tested beams.
This paper presents the effects of elevated temperatures of $400^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ on the residual compressive strength and failure behaviour of fibre reinforced concretes and comparison is made with that of unreinforced control concrete. Two types of short fibres are used in this study e.g., steel and basalt fibres. The results show that the residual compressive strength capacity of steel fibre reinforced concrete is higher than unreinforced concrete at both elevated temperatures. The basalt fibre reinforced concrete, on the other hand, showed lower strength retention capacity than the control unreinforced concrete. However, the use of hybrid steel-basalt fibre reinforcement recovered the deficiency of basalt fibre reinforced concrete, but still slightly lower than the control and steel fibres reinforced concretes. The use of fibres reduces the spalling and explosive failure of steel, basalt and hybrid steel-basalt fibres reinforced concretes oppose to spalling in deeper regions of ordinary control concrete after exposure to above elevated temperatures. Microscopic observation of steel and basalt fibres surfaces after exposure to above elevated temperatures shows peeling of thin layer from steel surface at $800^{\circ}C$, whereas in the case of basalt fibre formation of Plagioclase mineral crystals on the surface are observed at elevated temperatures.
Abdallah, Sadoon;Fan, Mizi;Zhou, Xiangming;Geyt, Simon Le
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.3
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pp.325-335
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2016
This paper studies the effects of steel fibre geometry and architecture on the cracking behaviour of steel fibre reinforced concrete (SFRC), with the reinforcements being four types, namely 5DH ($Dramix^{(R)}$ hooked-end), 4DH, 3DH-60 and 3DH-35, of various hooked-end steel fibres at the fibre dosage of 40 and $80kg/m^3$. The test results show that the addition of steel fibres have little effect on the workability and compressive strength of SFRC, but the ultimate tensile loads, post-cracking behaviour, residual strength and the fracture energy of SFRC are closely related to the shapes of fibres which all increased with increasing fibre content. Results also revealed that the residual tensile strength is significantly influenced by the anchorage strength rather than the number of the fibres counted on the fracture surface. The 5DH steel fibre reinforced concretes have behaved in a manner of multiple crackings and more ductile compared to 3DH and 4DH ones, and the end-hooks of 4DH and 5DH fibres partially deformed in steel fibre reinforced self-compacting concrete (SFR-SCC). In practice, 5DH fibres should be used for reinforcing high or ultra-high performance matrixes to fully utilize their high mechanical anchorage.
Erdem, R. Tugrul;Kantar, Erkan;Gucuyen, Engin;Anil, Ozgur
Computers and Concrete
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v.12
no.5
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pp.613-625
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2013
In this study, Artificial Neural Networks (ANN) analysis is used to predict the compression strength of polypropylene fibre mixed concrete. Polypropylene fibre admixture increases the compression strength of concrete to a certain extent according to mix proportion. This proportion and homogenous distribution are important parameters on compression strength. Determination of compression strength of fibre mixed concrete is significant due to the veridicality of capacity calculations. Plenty of experiments shall be completed to state the compression strength of concrete which have different fibre admixture. In each case, it is known that performing the laboratory experiments is costly and time-consuming. Therefore, ANN analysis is used to predict the 7 and 28 days of compression strength values. For this purpose, 156 test specimens are produced that have 26 different types of fibre admixture. While the results of 120 specimens are used for training process, 36 of them are separated for test process in ANN analysis to determine the validity of experimental results. Finally, it is seen that ANN analysis predicts the compression strength of concrete successfully.
Popa, Viorel;Pascu, Radu;Papurcu, Andrei;Albota, Emil
Earthquakes and Structures
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v.10
no.1
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pp.125-139
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2016
For seismic retrofitting of masonry walls, the use of fibre reinforced cement-based mortar for bonding the fibre grids can eliminate some of the shortcomings related to the use of resin as bonding material. The results of an experimental testing program on masonry walls retrofitted with fibre reinforced mortar and fibre grids are presented in this paper. Seven squat masonry walls were tested under unidirectional lateral displacement reversals and constant axial load. Steel anchors were used to increase the effectiveness of the bond between the fibre grids and the masonry walls. Application of fibre grids on both lateral faces of the walls effectively improved the hysteretic behaviour and specimens could be loaded until slip occurred in the horizontal joint between the masonry and the bottom concrete stub. Application of the fibre grids on a single face did not effectively improve the hysteretic behaviour. Retrofitting with fibre reinforced mortar only prevented the early damage but did not effectively increase deformation capacity. When the boundaries of the cross sections were not properly confined, midplane splitting of the masonry walls occurred. Steel anchors embedded in the walls in the corners area effectively prevented this type of failure.
Banjara, Nawal Kishor;Sasmal, Saptarshi;Srinivas, V.
Smart Structures and Systems
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v.23
no.2
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pp.173-184
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2019
The main objective of this study is to evaluate the true fracture energy and monitor the damage progression in steel fibre reinforced concrete (SFRC) specimens using acoustic emission (AE) features. Four point bending test is carried out using pre-notched plain and fibre reinforced (0.5% and 1% volume fraction) - concrete under monotonic loading. AE sensors are affixed at different locations of the specimens and AE parameters such as rise time, AE energy, hits, counts, amplitude and duration etc. are obtained. Using the captured and processed AE event data, fracture process zone is identified and the true fracture energy is evaluated. The AE data is also employed for tracing the damage progression in plain and fibre reinforced concrete, using both parametric- and signal- based techniques. Hilbert - Huang transform (HHT) is used in signal based processing for evaluating instantaneous frequency of the acoustic events. It is found that the appropriately processed and carefully analyzed acoustic data is capable of providing vital information on progression of damage on different types of concrete.
Ortiz-Navas, Francisco;Navarro-Gregori, Juan;Leiva, Gabriel;Serna, Pedro
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.4
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pp.491-503
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2020
This study extends previous experimental research on the shear behaviour of macrosynthetic fibre-reinforced concrete beams and compares them to steel fibre-reinforced concrete beams with similar mechanical and geometrical properties. This work employed two fibre types: 60/0.9 (long/diameter) double hooked-end steel fibre and 60/85 monofilament polypropylene fibre. Beams were tested by shear loading covering parameters, such as two different cross-section widths, two shear-span-to-effective-depth ratios, two fibre types and using repetitions with and without transverse reinforcement. For quantitative comparison purposes, crack pattern evolution was studied along increasing loads levels. Effects were studied by photogrammetry, including influence of fibres on crack propagation in uncracked and dowel zones, influence of fibres on stirrup behaviour, and shear deformation or kinematics of critical shear cracks. The results evidenced similar effectiveness for both fibre types in controlling shear crack propagation and horizontal dowel cracking. Both fibres provided similar shear ductility and shear deflections. Consequently, the authors confirm that residual flexural tensile strengths are a convenient parameter for characterising the shear behaviour of fibre-reinforced concrete beams.
A study on the behaviour of fibre reinforced concrete deep beams with and without web openings is carried out using nonlinear finite element analysis. Eight node isoparametric plane stress elements are employed to model the fibre reinforced concrete materials. Steel bars are treated using a compatible three node truss elements. The constitutive equations for fibre reinforced concrete materials take into account the softening effect of co-existing shear strains. Element stiffness at each step is formulated based on the tangent modulus at the current level of principal strains. Transformation between principal directions and global coordinate system is imposed. Comparison of analytical results with experimental values indicates reasonably good agreement. The proposed numerical model can be used to study the behaviour of this composite structures of practically any geometries.
Fibre-added concretes are frequently used in large site applications such as slab and airports as well as in bearing system elements or prefabricated elements. It is very difficult to determine the mechanical properties of the fibre-added concretes by experimental methods in situ. The purpose of this study is to develop an artificial neural network (ANN) model in order to predict the compressive and bending strengths of hybrid fibre-added and non-added concretes. The strengths have been predicted by means of the data that has been obtained from destructive (DT) and non-destructive tests (NDT) on the samples. NDTs are ultrasonic pulse velocity (UPV) and Rebound Hammer Tests (RH). 105 pieces of cylinder samples with a dimension of $150{\times}300mm$, 105 pieces of bending samples with a dimension of $100{\times}100{\times}400mm$ have been manufactured. The first set has been manufactured without fibre addition, the second set with the addition of %0.5 polypropylene and %0.5 steel fibre in terms of volume, and the third set with the addition of %0.5 polypropylene, %1 steel fibre. The water/cement (w/c) ratio of samples parametrically varies between 0.3-0.9. The experimentally measured compressive and bending strengths have been compared with predicted results by use of ANN method.
This study intends to produce an ultra-high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC) made with hybrid fibres (i.e., steel and polypropylene). Compressive and tensile strength characteristics of the hybrid fibres UHPFRC are considered. A total of 14 fibre-reinforced composites (FRCs) with different fibre contents or types of fibres were prepared and tested in order to determine a suitable hybrid fibre combination. The compressive and tensile strengths of each concrete at 7 days were determined. The results showed that a hybrid mix of micro-polypropylene and steel fibres exhibited good compromising performances and is the ideal reinforcement mixture in a strong, cost-effective UHPFRC. In addition, maximum compressive strength of 167 MPa was achieved for UHPFRC using 1.5% steel fibres blended with 0.5% macro-polypropylene fibres.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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