Kankeri, Pradeep;Prakash, S. Suriya;Pachalla, Sameer Kumar Sarma
Structural Engineering and Mechanics
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제65권5호
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pp.535-546
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2018
The objective of this study is to understand the behaviour of hollow core slabs strengthened with FRP and hybrid techniques through numerical and analytical studies. Different strengthening techniques considered in this study are (i) External Bonding (EB) of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) laminates, (ii) Near Surface Mounting (NSM) of CFRP laminates, (iii) Bonded Overlay (BO) using concrete layer, and (iv) hybrid strengthening which is a combination of bonded overlay and NSM or EB. In the numerical studies, three-dimensional Finite Element (FE) models of hollow core slabs were developed considering material and geometrical nonlinearities, and a phased nonlinear analysis was carried out. The analytical calculations were carried out using Response-2000 program which is based on Modified Compression Field Theory (MCFT). Both the numerical and analytical models predicted the behaviour in agreement with experimental results. Parametric studies indicated that increase in the bonded overlay thickness increases the peak load capacity without reducing the displacement ductility. The increase in FRP strengthening ratio increased the capacity but reduced the displacement ductility. The hybrid strengthening technique was found to increase the capacity of the hollow core slabs by more than 100% without compromise in ductility when compared to their individual strengthening schemes.
Subhani, Mahbube;Kabir, Muhammad Ikramul;Al-Amer, Riyadh
Steel and Composite Structures
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제34권1호
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pp.91-105
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2020
Steel-concrete composite beam with profiled steel sheet has gained its popularity in the last two decades. Due to the ageing of these structures, retrofitting in terms of flexural strength is necessary to ensure that the aged structures can carry the increased traffic load throughout their design life. The steel ribs, which presented in the profiled steel deck, limit the use of shear connectors. This leads to a poor degree of composite action between the concrete slab and steel beam compared to the solid slab situation. As a result, the shear connectors that connects the slab and beam will be subjected to higher shear stress which may also require strengthening to increase the load carrying capacity of an existing composite structure. While most of the available studies focus on the strengthening of longitudinal shear and flexural strength separately, the present work investigates the effect of both flexural and longitudinal shear strengthening of steel-concrete composite beam with composite slab in terms of failure modes, ultimate load carrying capacity, ductility, end-slip, strain profile and interface differential strain. The flexural strengthening was conducted using carbon fibre reinforced polymer (CFRP) or steel plate on the soffit of the steel I-beam, while longitudinal shear capacity was enhanced using post-installed high strength bolts. Moreover, a combination of both the longitudinal shear and flexural strengthening techniques was also implemented (hybrid strengthening). It is concluded that hybrid strengthening improved the ultimate load carrying capacity and reduce slip and interface differential strain that lead to improved composite action. However, hybrid strengthening resulted in brittle failure mode that decreased ductility of the beam.
철근콘크리트를 FRP 복합재로 보강할 경우, 취성파괴를 방지하고 연성파괴를 확보할 수 있는 새로운 기법을 표면매립공법(Near Surface Mounted technique: 이하 NSM 공법)에 근거하여 제시하였다. 제안된 기법은 Hybrid FRP rebar를 부분적으로 비부착 시킴으로서 보강된 보의 연성을 확보한다. Hybrid FRP rebar의 일부를 비부착으로 한 경우와 전부를 부착으로 한 경우의 NSM 공법에 의한 FRP 보강된 철근 콘크리트보의 거동을 비교하기 위한 실험을 실시하였다. 실험 결과, 부분 비부착 NSM 공법으로 보강된 철근 콘크리트보만이 연성거동을 함이 관찰되었다. 부분 비부착 보강된 보의 극한 시 내력을 확보하기 위한 최소한의 FRP의 부분 비부착길이를 이론적으로 산정하여 제시하였다. 제시된 부분 비부착 NSM 공법은 FRP 복합재로 보강된 철근 콘크리트 부재의 구조적 거동을 크게 향상시킬 수 있으리라 기대된다.
In order to overcome the brittle failure of strengthening with FRP-rebars inherent to their brittle properties, two approaches have been attempted. One is to improve the properties like ductile Hybrid FRP Rods, and the other is to develop a ductile strengthening with partially unbonded FRP rebars. Experiments on real size specimen were performed to evaluate the performance of NSM (Near Surface Mounted Strengthening) and SIM (Section Increment Methods) with FRP rebars. This paper discusses the results of the tests on 8 slab specimen in terms of flexural resistance, ductility, and fatigue. They show that NSM or S1M with FRP rebars are very effective measures to strengthen existing RC structures. Above all, strengthening with partially unbonded ductile Hybrid FRP Rods shows sufficient ductility similar to that of properly designed RC structures.
To improve the properties of FRP composite materials, the hybrid prepreg with non-woven tissue (NWT) is developed. The hybrid prepreg consists of undirectional prepreg and NWT prepreg. The NWT prepreg is made by compounding the NWT and polymer resin, which is similar to the production method of FRP prepreg. The NWT has short fibers which are discretely distributed with in-plane random orientation. The stiffness and strength of NWT composites are lower than those of continuously fibrous composites. The strengthening technique and fabricating technique for the hybrid prepreg are described in this work. The mechanical characteristics of hybrid composites with NWT are discussed and compared with those of the FRP composites.
본 연구는 섬유/입자 혼합금속복합재료의 강화기구를 분석하는 이론적 해석방법을 제시하였다. 혼합금속복합재료의 인장강도 및 탄성계수는 같은 보강재의 부피분율 가진 단섬유복합재료에 비해서 강도가 최대 20%까지 증가한다. 이러한 증가효과는 본 연구에서 새로이 제안된 클러스터 모델을 도입한 후 이에 따른 강화효과를 Modified Rule of Mixture을 적용하여 분석하였다. 해석결과 클러터구조는 인장강도에 대해서 섬유의 효율을 탄성계수에 대해서는 배향인자를 증가시키는 것으로 나타났다. 이론적 해석 결과는 $Al_2O_3$섬유/입자 예비성형체에 AC8A를 침투시켜 제조한 금속복합재료에 대한 실험결과와 비교되었으며 이를 통해 해석이론이 타당함을 확인하였다.
The aim of this study was to investigate the flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with a novel strengthening system. Concrete beams were strengthened with a hybrid retrofit system consisting of high strength steel cords impregnated in an inorganic fireproof matrix (Geopolymer). The strengthened reinforced concrete beams along with non-strengthened control beams were tested monotonically under four point bending loading conditions. Moreover, an analytical model is introduced, that can be used to analyze the flexural performance of the strengthened beams. The experimental results indicate that the failure of the strengthened beams was based on the yielding of the reinforcement in the tension face of the beams, followed by a local slippage of the steel cords. The flexural stiffness of the strengthened beams was significantly improved compared to the stiffness of the non-strengthened beams. In conclusion, the strengthening system can provide an effective alternative to commercially available systems.
The needs for strengthening and rehabilitation of the concrete bridges are a growing concern in many countries and has been emphasized in various researches and papers. Traditional external post-tensioning method using either steel bars or tendons is commonly used as a strengthening method. However, the method has some disadvantages such as stress concentration at the anchorages. Multi-stepwise thermal prestressing method is a newly proposed method for strengthening and rehabilitation of concrete girder bridges. Founded on a simple concept of thermal expansion and contraction of steel, the method is a hybrid method of external post-tensioning and steel plate bonding, combining the merits of two methods. In this paper, basic concepts on strengthening and rehabilitation of concrete girder are presented and an illustrative experiment is introduced.
Using bonded fiber-reinforced polymer laminates for strengthening wooden structural members has been shown to be an effective and economical method. In this research, properties of suitable composite materials (sika wrap), adhesives and two ways of strengthening beams exposed to bending moment are presented. Passive or slack reinforcement is one way of strengthening. The most effective way of such a strengthening was to place reinforcement laminates in the stretched part of the wooden beam (lower part in our case), in order to investigate the effectiveness of externally bonding FRP to their soffits. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, i.e., the wooden beam, the sika wrap composite plate and the adhesive layer. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. This research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the composite-wooden hybrid structures. The results showed that the use of the new strengthening system enhances the performance of the wooden beam when compared with the traditional strengthening system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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