This paper presents a closed-form higher-order analysis of interfacial shear stresses in RC continuous beams strengthened with bonded prestressed laminates. For retrofitting reinforced concrete continuous beams is to bond fiber reinforced prestressed composite plates to their tensile faces. An important failure mode of such plated beams is the debonding of the composite plates from the concrete due to high level of stress concentration in the adhesive at the ends of the composite plate. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, where both the shear and normal stresses are assumed to be invariant across the adhesive layer thickness. 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 RC continuous beams strengthened with bonded prestressed laminates. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. A parametric study has been conducted to investigate the sensitivity of interface behavior to parameters such as laminate stiffness and the thickness of the laminate where all were found to have a marked effect on the magnitude of maximum shear and normal stress in the composite member.
The mechanical behavior of rectangular foundation plates with perimetric beams and internal stiffening beams of the plate is herein analyzed, taking the foundation design into account. A series of dimensionless parameters related to the geometry of the studied elements were defined. In order to generalize the problem statement, an initial settlements was considered. A numeric procedure was developed for the resolution by means of the Finite Differences Method that takes into account the stiffness of the plate, the perimetric and internal plate beams and the soil reaction module. Iterative algorithms were employed which, for each of the analyzed cases, made it possible to find displacements and reaction percentages taken by the plate and those that discharge directly into the perimetric beams, practically without affecting the plate. To enhance its mechanical behavior the internal stiffening beams were prestressed and the results obtained with and without prestressing were compared. This analysis was made considering the load conditions and the soil reaction module constant.
In this paper, a total of 13 beams with bonding, anchorage system, amount of prestressing and span length as variables of experiment were tested in flexural test and analyzed in finite element analysis; one control beam, two simplified FRP-boned beams, four prestressed FRP-unbonded beams and four prestressed FRP-bonded beams. Also, a nonlinear finite element analysis of beams in the flexural test is performed by DIANA program considered material nonlinear of concrete, reinforcement and the interfacial bond-slip model between concrete and CFRP plates. The failure mode of prestressed CFRP plated-beams is not debonding but FRP rupture. RC members strengthened with external bonded prestressed CFRP plates occurred 1st and 2nd debonding of the composite material. After the debonding of CFRP plates occurs in bonded system, behavior of bonded CFRP-plated beams change into that of unbonded CFRP-plated beams due to fix of the anchorage system. Also, It was compared flexural test results and analytical results of RC members strengthened with CFRF plates. The ductility of beams strengthened by CFRP plates with the anchorage system is considered high with the ductility index of above 3. Analysis results showed a good agreement with experiment results in the debonding load, yield load and ultimate load.
Kyung, Yong Soo;Ahn, Byung Kuk;Bang, Jin Hwan;Kim, Moon Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.5
s.78
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pp.637-648
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2005
Innovative prestressed steel plate girders were presented in this study. Hot-rolled H beams were loaded first, then relatively high-strengthsteel plates were welded on the top and bottom flanges of preloaded H beams. Finally, high prestressed plate (HiPP) girder was manufactured by simply releasing prestresses of rolled beams. To verify prestress distributions induced in this girder, the experimental study was conducted and some guidelines to manufacture these girders effectively were addressed. In addition, methods to determine the allowable bending stress of HiPP girders and to check welding stresses were addressed for design of temporary bridges. The efficiency and effectiveness of the present girder were demonstrated through design examples of temporary bridges adapting the prestress-induced girder or the plate girder of the same section without prestresses. As a result, it has been found to be possible that the span length of HiPP girders for temporary bridges is longer than that of girders without prestresses.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.4
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pp.87-97
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2008
The purpose of this study is to analyse and compare experimentally flexural behavior of RC beams strengthened with CFRP plates by different methods, and finally develop the nonlinear analysis model with the aim of predicting the improving effects of structural capacity and the structural behaviors of RC beams. From this study, the characteristics of bond and flexural behavior of the prestressed CFRP plates were analyzed and examined. In deed, the beams were tested with experimental parameters of strengthening methods and prestressing level, and the developed analysis model was evaluated with the testing results. From this study, it is concluded that the developed analysis model have a good reliability and can be applied to the strengthening design of beams using CFRP plates.
In this paper, a closed-form rigorous solution for interfacial shear stress in simply supported beams strengthened with bonded prestressed E-FGM plates and subjected to an arbitrarily positioned single point load, or two symmetric point loads is developed using linear elastic theory. This improved solution is intended for application to beams made of all kinds of materials bonded with a thin plate, while all existing solutions have been developed focusing on the strengthening of reinforced concrete beams, which allowed the omission of certain terms. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. Finally, numerical results from the present analysis are presented to study the effects of various parameters of the beams on the distributions of the interfacial shear stresses. The results of this study indicated that the E-FGM plate strengthening systems are effective in enhancing flexural behavior of the strengthened RC beams.
This paper describes an in-depth analysis on flexural strength of a girder-deck system experiencing a strand debonding damage with various strengthening systems, based on finite element software ABAQUS. A detailed finite element analysis (FEA) model was developed and verified against the relevant experimental data performed by other researchers. The proposed analytical model showed a good agreement with experimental data. Based on the verified FE model, over a hundred girder-deck systems were investigated with the consideration of following variables: 1) debonding level, 2) span-to-depth ratio (L/d), 3) strengthening type, 4) strengthening material thickness. Based on the data above, a new detailed analytical model was developed and proposed for estimating residual flexural strength of the strand-debonding damaged girder-deck system with strengthening systems. It was demonstrated that both finite element model and analysis model could be used to predict flexural behaviors for debonding damaged prestressed girder-deck systems. Since the strands are debonding from surrounding concrete over a certain zone over the length of the beam, the increase of strain in strands can be linked with a ratio ψ, which is Lp/c. The analytical model was proposed and developed regarding the ratio ψ. By conducting procedure of calculating ψ, the ψ value varies from 9.3 to 70.1. Multiple nonlinear regression analysis was performed in Software IBM SPSS Statistics 27.0.1 to derive equation of ψ. ψ equation was curved to be an exponential function, and the independent variable (X) is a linear function in terms of three variables of debonding level (λ), span length (L), and amount of strengthening material (As). The coefficient of determinate (R2) for curve fitting in nonlinear regression analysis is 0.8768. The developed analytical model was compared to the ultimate capacities computed by FEA model.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2A
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pp.301-310
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2006
Carbon fiber reinforced polymer (CRFP) materials are well suited to the rehabilitation of civil engineering structures due to their corrosion resistance, high strength to weight ratio and high stiffness to weight ratio. Their application in the field of the rehabilitation of concrete structures is increased due to the vast number of bridges and buildings in need of strengthening. However, RC members, strengthened with externally bonded CFRP plates, happened to collapse before reaching the expected design failure load. Therefore, it is necessary to develop the new strengthening method to overcome the problems of previous bonded strengthening method. This problems can be solved by prestressing the CFRP plate before bonding to the concrete. In this study, a total of 21 specimens of 3.3 m length were tested by the four point bending method after strengthening them with externally bonded CFRP plates. The CFRP plates were bonded without prestress and with various prestress levels ranging from 0.4% to 0.8% of CFRP plate strain. All specimen with end anchorage failed by a plate fracture regardless of the prestress levels while the specimen without end anchorage failed by the separation of the plate from the beam due to premature debonding. The cracking loads was proportionally related to the prestress levels, but the maximum loads of specimens strengthened with prestressed CFRP plates were insignificantly affected by the prestress levels.
Kim, Sang Hyo;Lee, Chan Goo;Yoon, Ji Hyun;Won, Jeong Hun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.6
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pp.647-657
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2009
This paper studies the behavior of joints in steel-PSC (prestressed concrete) hybrid beams, which is necessary for the application of hybrid beams to spliced girder bridges, and proposes a new type of joint with improved construction convenience and structural behavior. In the proposed joint, perfobond rib shear connectors are attached to the upper and lower plates, which are expanded from the steel girders and located between the steel girder and the PSC girder. The experimental tests were performed on hybrid beams with the suggested joint. The results showed that all the beams had similar ultimate strengths and failure modes, due to the failure of their PSC parts. The composite action of the perfobond ribs was verified by examining the initial stiffness and cracks of the test beams. In addition, the test beams showed a higher degree of ultimate strength than the beams with stud shear connectors in the joints that had been previously studied. Thus, the proposed joint is effective for the steel-PSC hybrid beam.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.5
no.6
s.22
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pp.212-217
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2004
Carbon fiber reinforced plastic(CFRP) plate Is one of the alterative materials for soengthening of reinforced and prestressed connote members due to excellent strength and light weight In this paper, the behavior of beams strengthened with CFRP plate and CFS(Carbon fiber sheet) is observed and analyzed from the test results. Especially specimens with thick plate is tested when large moment and large shear lone appear in same position. The main failure mode is a peeling-off of the CFRP plate near the loading points due to flexural-shear crack, Because of this failure mode, failure load is not linearly proportional to the thickness of CFRP plates. When beam is wrapped with CFS around oかy loading point it does not influence on the failure loads. Depending on the loading pattern, it is necessary to consider different design criteria for reinforced concrete members with external reinforcement. When line moment and large shear force appear in same location, maximum thickness may limit to 0.6mm and ratio between moment of strengthened beam and moment of unstrengthened beam is proposed 1.5-2.0. In order to use the plate of thicker than 6mm, CFS may be extended to the location which moment of strengthened beam is 1.5 times than moment of unstrengthened beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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