The natural fibre composites are termed as bio-composites. They have shown a promising replacement to the current carbon/glass fibre reinforced composites as environmental friendly materials in specific applications. Natural fibre reinforced composites are potential materials for various engineering applications in automobile, railways, building and Aerospace industry. The natural fibre selected to fabricate the composite material is plant-based fibre e.g., sisal fibre. Sisal fibre is a suitable reinforcement for use in composites on account of its low density, high specific strength, and high hardness. Epoxy is a thermosetting polymer which is used as a resin in natural fibre reinforced composites. Hand lay-up technique was used to fabricate the composites by reinforcing sisal fibres into the epoxy matrix. Composites were prepared with the unidirectional alignment of sisal fibres. Test specimens with different fibre orientations were prepared. The fabricated composites were tested for mechanical properties. Impact test, tensile test, flexural test, hardness test, compression test, and thermal test of composites had been conducted to assess its suitability in industrial applications. Scanning electron microscopy (SEM) test revealed the microstructural information of the fractured surface of composites.
The Turkish Earthquake Code was revised in 1998 and 2007. Before these Codes, especially 1998, reinforced concrete (RC) beams with low flexural and shear strength were widely used in the building. In this study, the RC specimens have been produced by taking into consideration the RC beams with insufficient shear and tensile reinforcement having been manufactured with the use of concrete with low strength. The performance of the RC specimens strengthened with different wrapping methods by using of Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) and Glass Fibre Reinforced Polymer (GFRP) composites have been examined in terms of flexural strength, ductility and energy absorption capacity. In the strengthening of the RC elements, the use of GFRP composites instead of CFRP composites has also been examined. For this purpose, the experimental results of the RC specimens strengthened by wrapping with CFRP and GFRP are presented and discussed. It has been concluded that although the flexural and shear strengths of the RC beams strengthened with GFRP composites are lower than those of beams reinforced with CFRP, their ductility and energy absorption capacities are very high. Moreover, the RC beams strengthened with CFRP fracture are more brittle when compared to GFRP.
This study focuses on shear strengthening performance of simply supported reinforced concrete (RC) T-beams bonded by glass fibre reinforced polymer (GFRP) strips in different configuration, orientations and transverse steel reinforcement in different spacing. Eighteen RC T-beams of 2.5 m span are tested. Nine beams are used as control beam. The stirrups are provided in three different spacing such as without stirrups and with stirrups at a spacing of 200 mm and 300 mm. Another nine beams are used as strengthened beams. GFRP strips are bonded in shear zone in U-shape and side shape with two types of orientation of the strip at $45^{\circ}$ and $90^{\circ}$ to the longitudinal axis of the beam for each type of stirrup spacing. The experimental result indicates that the beam strengthened with GFRP strips at $45^{\circ}$ orientation to the longitudinal axis of the beam are much more effective than $90^{\circ}$ orientation. Also as transverse steel increases, the effectiveness of the GFRP strips decreases.
This paper presents a discussion of the Finite Element Analysis (FEA) when applied for the analysis of concrete elements reinforced with glass fibre reinforced polymer (GFRP) bars. The purpose of such nonlinear FEA model development is to create a tool that can be used for numerical parametric studies which can be used to extend the existing (and limited) experiment database. The presented research focuses on the numerical analyses of concrete beams reinforced with GFRP longitudinal and shear reinforcements. FEA of concrete members reinforced with linear elastic brittle reinforcements (like GFRP) presents unique challenges when compared to the analysis of members reinforced with plastic (steel) reinforcements, which are discussed in the paper. Specifically, the behaviour and failure of GFRP reinforced members are strongly influenced by the compressive response of concrete and thus modelling of concrete behaviour is essential for proper analysis. FEA was performed using the commercial software ABAQUS. A damaged-plasticity model was utilized to simulate the concrete behaviour. The influence of tension, compression, dilatancy, mesh, and reinforcement modelling was studied to replicate experimental test data of beams previously tested at the University of Waterloo, Canada. Recommendations for the finite element modelling of beams reinforced with GFRP longitudinal and shear reinforcements are offered. The knowledge gained from this research allows for the development of a rational methodology for modelling GFRP reinforced concrete beams, which subsequently can be used for extensive parametric studies and the formation of informed recommendations to design standards.
This paper deals with a comparative study among three different rehabilitation techniques, namely, (i) carbon fibre reinforced polymer (CFRP), (ii) glass fibre reinforced polymer (GFRP) and (iii) ferrocement on the flexural strengthening of reinforced cement concrete (RCC) beams. As these different techniques have to be compared on a level playing field, tensile coupon tests have been carried out initially for GFRP, CFRP and ferrocement and the number of layers required in each of these composites in terms of the tensile strength. It was found that for the selected constituents of the composites, one layer of CFRP was equivalent to three layers of GFRP and five layers of wiremesh reinforcement in ferrocement. Rehabilitation of RCC beams using these equivalent laminates shows that all the three composites performed in a similar way and are comparable. The parameters selected in this study were (i) the strengthening material and (ii) the level of pre-distress induced to the beams prior to the rehabilitation. It was noticed that, as the levels of pre-distress decreases, the percentage attainment of flexural capacity and flexural stiffness of the rehabilitated beams increases for all the three selected composites used for rehabilitation. Load-deflection behavior, failure modes, energy absorption capacity, displacement ductility and curvature ductility were compared among these composites and at different distress levels for each composite. The results indicate that ferrocement showed a better performance in terms of ductility than other FRPs, and between the FRPs, GFRP exhibited a better ductility than the CFRP counterpart.
Mohamed Hechmi El Ouni;Ali Raza;Bisma Khalid;Afzal Ahmed;Muhammad Sohail Jameel;Yasser Alashker
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.5
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pp.687-704
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2023
This study aims to examine the structural response of glass fibre-reinforced polymer (Glass-FRP) reinforced geopolymer electronic waste aggregate concrete (GEWC) compression elements under axial compression for sustainable development. The research includes the fabrication of nine GEWC circular compression elements with different reinforcement ratios and a 3-D nonlinear finite element model using ABAQUS. The study involves a detailed parametric analysis to examine the impact of various parameters on the behavior of GEWC compression elements. The results indicate that reducing the vertical distance of glass-FRP ties improves the ductility of GEWC compression elements, and those with eight longitudinal rebars have higher axial load-carrying capacities. The finite element predictions were in good agreement with the testing results, and the put forwarded empirical model shows higher accuracy than previous models by involving the confinement effect of lateral glass-FRP ties on the axial strength of GEWC compression elements. This research work contributes to minimizing the carbon footprint of cement manufacturing and electronic waste materials for sustainable development.
The paper presents an investigation of the widely varying mechanical performance and behaviour of steel and Glass Fibre Reinforced Polymer (GFRP) reinforced concrete beams using non-destructive techniques of Acoustic Emission (AE) and Digital Image Correlation (DIC) under four-point bending. Laboratory experiments are performed on both differently reinforced concrete beams with 0.33%, 0.52% and 1.11% of tension reinforcement against balanced section. The results show that the ultimate load-carrying capacity increases with an increase in tensile reinforcement in both cases. In addition to that, AE waveform parameters of amplitude and number of AE hits successfully correlates and picks up the divergent mechanism of cracking initiation and progression of failure in steel reinforced and GFRP reinforced concrete beams. AE activity is about 20-30% more in GFRP-RC beams as compared to steel-RC beams. It was primarily due to the lower modulus of elasticity of GFRP bars leading to much larger ductility and deflections as compared to steel-RC beams. Furthermore, AE XY event plots and longitudinal strain profiles using DIC gives an online and real-time visual display of progressive AE activity and strains respectively to efficaciously depict the crack evolution and their advancement in steel-RC and GFRP-RC beams which show a close matching with the micro-and macro-cracks visually observed in the actual beams at various stages of loading.
Tendon reinforced cemented soil is applied extensively in foundation stabilisation and improvement, especially in areas with soft clay. To solve the deterioration problem led by steel corrosion, the glass fiber-reinforced polymer (GFRP) tendon is introduced to substitute the traditional steel tendon. The interface bond strength between the cemented soil matrix and GFRP tendon demonstrates the outstanding mechanical property of this composite. However, the lack of research between the influence factors and bond strength hinders the application. To evaluate these factors, back propagation neural network (BPNN) is applied to predict the relationship between them and bond strength. Since adjusting BPNN parameters is time-consuming and laborious, the particle swarm optimisation (PSO) algorithm is proposed. This study evaluated the influence of water content, cement content, curing time, and slip distance on the bond performance of GFRP tendon-reinforced cemented soils (GTRCS). The results showed that the ultimate and residual bond strengths were both in positive proportion to cement content and negative to water content. The sample cured for 28 days with 30% water content and 50% cement content had the largest ultimate strength (3879.40 kPa). The PSO-BPNN model was tuned with 3 neurons in the input layer, 10 in the hidden layer, and 1 in the output layer. It showed outstanding performance on a large database comprising 405 testing results. Its higher correlation coefficient (0.908) and lower root-mean-square error (239.11 kPa) were obtained compared to multiple linear regression (MLR) and logistic regression (LR). In addition, a sensitivity analysis was applied to acquire the ranking of the input variables. The results illustrated that the cement content performed the strongest influence on bond strength, followed by the water content and slip displacement.
Kabir, Muhammad Ikramul;Samali, Bijan;Shrestha, Rijun
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.69-84
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2017
This paper presents results of an experimental investigation on the behaviour of bond between external glass fibre reinforced polymer reinforcement and concrete exposed to three different environmental conditions, namely, temperature cycles, wet-dry cycles and outdoor environment separately for extended durations. Single shear tests (pull-out test) were conducted to investigate bond strengths (pull-out strengths) of control (unexposed) and exposed specimens. Effect of the exposure conditions on the compressive strength of concrete were also investigated separately to understand the effect of changing concrete compressive strength on the pull-out strength. Based on the comparison of experimental results of exposed specimens to control specimens in terms of bond strengths, failure modes and strain profiles, the most significant degradation of pull-out strength was observed in specimens exposed to outdoor environment, whereas temperature cycles did not cause any deterioration of strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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