It is now common practice to strengthen reinforced concrete beams by steel plates to their tention surfaces. Such plated beams are designed for flexure using conventional prediction equation and assumption that full bond will be developed between the concrete and the plates. Very advanced design rules have already been developed at the University of Adelaide for adhesive bonding steel plates to reinforced concrete beams in order to prevent premature debonding. This work on plated continuous reinforced concrete beams is to determine experimentally whether these design rules, that were developed for steel plated simply supported beams, could be applied to steel and FRP plated continuous beams. This paper also suggests how to increase the ductility of plated beams.
Oehlers, D.J.;Nguyen, N.T.;Ahmed, M.;Bradford, M.A.
Structural Engineering and Mechanics
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제5권5호
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pp.553-563
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1997
A procedure is being developed for bolting plates to the sides of existing reinforced concrete beams to strengthen and stiffen them. Unlike standard composite steel and concrete beams in which there is longitudinal-partial-interaction at the steel/concrete interface (that is slip along the length of the beam), composite bolted side-plated reinforced-concrete beams are unique in that they also exhibit transverse-partial-interaction, that is slip transverse to the length of the beam. In this work, the fundamental mathematical models for transverse-partial-interaction and its interaction with longitudinal-partial-interaction are developed. The fundamental models are then further developed to determine the number of connectors required to resist the transverse forces and to limit the degree of transverse-partial-interaction in bolted side-plated reinforced concrete beams.
Oehlers, Deric John;Ahmed, Marfique;Nguyen, Ninh T.;Bradford, Mark Andrew
Structural Engineering and Mechanics
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제10권3호
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pp.227-243
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2000
In a companion paper, tests on bolted side plated beams have shown that side plates can substantially increase the strength of existing reinforced concrete beams with little if any loss of ductility and, furthermore, induce a gradual mode of failure after commencement of concrete crushing. However, it was also shown that transverse interaction between the side plates and the reinforced concrete beam, that is vertical slip and which is a concept unique to side plated beams, is detrimental. Transverse interaction increases the forces on the bolt shear connectors and, hence, weakens the beam. It also reduces the ability of the composite plated beam to yield and, hence, to attain its full flexural capacity. The generic concept of transverse interaction will be described in this paper and the results used to develop a new form of rigid plastic analysis for bolted side plated beams which is illustrated with an application.
Ahmed, Marfique;Oehlers, Deric John;Bradford, Mark Andrew
Structural Engineering and Mechanics
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제10권3호
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pp.211-226
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2000
A procedure has been developed for bolting steel plates to the sides of existing reinforced concrete beams which can be used to increase the shear strength of beams, increase the flexural strength of beams with enhanced ductility or with only a small loss of ductility, and increase the stiffness of beams in order to reduce deflections and crack widths. It will be shown in this paper, through a qualitative analysis and through the results of testing eight large scale beams, that standard rigid plastic analysis techniques which are commonly used in the design of reinforced-concrete, steel, and composite steel and concrete beams cannot be used directly to design composite bolted-plated reinforced-concrete beams. In the companion paper, quantitative procedures will be used to adapt the standard rigid plastic analysis techniques for this relatively new form of retrofitting.
Oehlers, Deric. J.;Nguyen, Ninh T.;Bradford, Mark A.
Structural Engineering and Mechanics
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제9권5호
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pp.505-518
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2000
A major cause of premature debonding of tension face plates is shear peeling (Jones et al. 1988, Swamy et al. 1989, Ziraba et al. 1994, Zhang et al. 1995), that is debonding at the plate ends that is associated with the formation of shear diagonal cracks that are caused by the action of vertical shear forces. It is shown in this paper how side plated beams are less prone to shear peeling than tension face plated beams, as the side plate automatically increases the resistance of the reinforced concrete beam to shear peeling. Tests are used to determine the increase in the shear peeling resistance that the side plates provide, and also the effect of vertical shear forces on the pure flexural peeling strength that was determined in the companion paper. Design rules are then developed to prevent premature debonding of the plate ends due to peeling and they are applied to the strengthening and stiffening of continuous reinforced concrete beams. It is shown how these design rules for side plated beams can be adapted to allow for propped and unpropped construction and the time effects of creep and shrinkage, and how side plates can be used in conjunction with tension face plates.
Li, Ling-Zhi;Jiang, Chang-Jiu;Su, Ray Kai-Leung;Lo, Sai-Huen
Structural Engineering and Mechanics
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제62권4호
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pp.443-453
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2017
The performance of bolted side-plated (BSP) beams is affected by the degree of transverse partial interaction, which is a result of the interfacial slip caused by transverse shear transfer between the bolted steel plates and the reinforced concrete beams. However, explicit formulae for the transverse shear transfer profile have yet to be derived. In this paper, a simplified piecewise linear shear transfer model was proposed based on force superposition principle and simplification of shear transfer profiles derived from a previous numerical study. The magnitude of shear transfer was determined by force equilibrium and displacement compatibility condition. A set of design formulae for BSP beams under several basic load cases was also derived. Then the model was verified by test results. A worked example was also provided to illustrate the application of the proposed design formulae. This paper sheds some light on the shear force transfer mechanism of anchor bolts in BSP beams, and offers a practical method to evaluate the influence of transverse partial interaction in strengthening design.
In this scientific work, an improved analytical solution for adhesive stresses in a concrete beam bonded with the FRP plate is developed by including the effect of the adherend shear deformations. The analysis is based on the deformation compatibility approach where both the shear and normal stresses are assumed to be invariant across the adhesive layer thickness. The shear stress distribution is supposed to be parabolic across the depth of the adherends in computing the adhesive shear stress and Timoshenko's beam theory is employed in predicting adhesive normal stress to consider the shear deformation. Numerical results from the present analysis are presented both to demonstrate the advantages of the present solution over existing ones and to illustrate the main characteristics of adhesive stress distributions.
The design methods for the steel plate strengthened RC structures are not well established yet because the structural behavior of plated RC beams is more complex than that of regular unplated ones. The main purpose of this paper is to present the premature failure mechanism of steel plate strengthened RC beams. The analytical models of interfacial stress and normal are also proposed in this paper. The comparisons between the analytical results using the proposed theory and experimental ones relatively satisfied.
In the case of reinforced concrete beams strengthening by steel plate, sometimes these beams collapse due to the stress concentration at the ends of steel plates before the design expected failure. This kind of failure is called premature failure. This study analyzes the behavior of strengthened RC beams to control premature failure of these plated beams with either changing the geometries at the ends of plates or strengthening steel plates beside the ends. The results from the former cases show that, the effect of expanded plates sections at the ends was very small, and the beams which are rounded the ends of plates effectively increased the initial rip-off loads about 14% compared with control beam but the ultimate loads was almost same. However, the beams in the latter cases effectively increased the initial and the ultimate rip-off loads with changing failure mode, especially around 14~19% in the ultimate rip-off load comparing with control beam.
본 논문에서는 부착 유무, 정착장치 유무, 긴장량, 경간 길이 등을 실험 변수로 하여 총 13개의 시험체를 제작하여 휨 성능 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 1개의 표준시험체, 2개의 긴장력을 도입하지 않는 보강시험체, 4개의 긴장력을 도입한 비부착보강시험체, 4개의 긴장력을 도입한 부착시험체와 2개의 경간 길이가 다른 보강시험체를 제작하였다. 또한, 콘크리트의 비선형, 철근 및 탄소섬유와 콘크리트와의 계면 특성을 고려한 DIANA 프로그램을 이용하여 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 긴장력을 도입한 보강된 시험체는 박리 파괴가 아닌 FRP 파단에 의하여 최종파괴가 되었다. 특히, 긴장력을 도입한 부착시험체는 1차, 2차 박리가 발생 후, 정착장치의 고정으로 인하여 부착시스템에서 비부착시스템으로 전환되었다. 또한, 탄소섬유판으로 보강된 시험체의 해석 결과와 실험 결과를 비교 분석하였다. 긴장력을 도입한 탄소섬유판으로 보강된 모든 시험체는 연성지수가 3이상 나타나 어느 정도 이상의 연성을 확보하고 있는 것으로 알 수 있었다. 그리고 박리하중과 항복하중 및 극한하중에서 실험값과 해석값이 잘 일치하는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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