By replacing the previous metal connector on the joints of timber structure, the GFRP reinforced laminated wooden pin was produced using a wooden material and Glass fiber reinforced plastic(GFRP) composite laminate. In addition, using the reinforced wooden pin, the tensile type shear strength test was conducted. Based on the result of the bending strength test of the reinforced laminated wooden pin according to the GFRP arrangement, a specimen(Type-A) with a single insertion of GFRP for each layer have shown the most favorable performance. Also, it was verified that densified specimen hot pressed for an hour at the temperature of $150^{\circ}C$ and with the oppression pressure $1.96N/mm^2$ have shown the improved performance of 1.57 times than the specimen without the densification. And in the bending strength test considering the load direction, edgewise have shown a higher performance of 3.51 times than the flatwise. A shear strength test was conducted using the Type-A reinforced laminated wooden pin which have shown a moderate performance on the test. Based on the test conducted by differentiating the type of the joint plate and the connector, compared to the specimen(Type-DS) applied with the drift pin and steel plate, the specimen( Type-WL) applied with the GFRP reinforced laminated wooden pin and GFRP reinforced wooden laminated plate have shown 1.12 times higher shear strength and also have shown an excellent toughness even after the maximum load.
Strengthening of existing concrete structures is a major concern in recent years as the number of degraded structures increases. The purpose of this paper is to investigate the static and fatigue behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened with steel plates. To this end, a comprehensive test program has been set up and many series of strengthened beams have been tested. The major test variables include the plate thickness, adhesive thickness, and the shear-span to depth ratio. The test results indicate that the separation of plates is the dominant failure mechanism even for the full-span-length strengthened beams with steel plate. The theoretical ultimate load capacities for strengthened beams based on the full composite action of concrete beam and steel plate are found to be larger than the actual measured load capacities. The strengthened beams exhibit more dominant shear cracking as the shear-span to depth ratio decreases. The ultimate capacity of strengthened beams increases slightly with the increase of adhesive thickness, which may be caused by the late initiation of plate separation in the beams with thicker adhesive. A realistic concept of ductility for plate-strengthened beams is proposed in this study. It is seen that the strengthened beams show relatively low ductility compared with unstrengthened beams. The present study indicates that the strengthened beams exhibit much higher fatigue resistance than the unstrengthened beams. The increase of deflections of strengthened beams according to the number of load cycles is much smaller than that of unstrengthened beams. The present study provides very useful results for the realistic application of plate-strengthening method in reinforced concrete structures.
Present paper deals with the large amplitude flexural vibration of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) plates. Distribution of CNTs as reinforcements may be uniform or functionally graded (FG). The equivalent material properties of the composite media are obtained according to a refined rule of mixtures which contains efficiency parameters. To account for the large deformations, von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ type of geometrical nonlinearity is included into the formulation. The matrix representation of the governing equations is obtained according to the Ritz method where the basic shape functions are written in terms of the Chebyshev polynomials. Time dependency of the problem is eliminated by means of the Galerkin method and the resulting nonlinear eigenvalue problem is solved employing a direct displacement control approach. Results are obtained for completely clamped and completely simply supported plates. Results are first validated for the especial cases of FG-CNTRC and cross-ply laminated plates. Afterwards, parametric studies are given for FG-CNTRC plates with different boundary conditions. It is shown that, nonlinear frequencies are highly dependent to the volume fraction and dispersion profiles of CNTs. Furthermore, mode redistribution is observed in both simply supported and clamped FG-CNTRC plates.
A GFRP-concrete composite bridge deck is presented in this paper. This composite deck is composed of concrete and a GFRP plate and is connected by GFRP perfobond (PBL) shear connectors with penetrating GFRP rebar. There are many outstanding advantages in mechanical behavior, corrosion resistance and durability of this composite deck over conventional reinforced concrete decks. To analyze the shear and flexural performance of this GFRP-concrete composite deck, a static loading experiment was carried out on seven specimens. The failure modes, strain development and ultimate bearing capacity were thoroughly examined. Based on elastic theory and strain-based theory, calculation methods for shear and flexural capacity were put forward and revised. The comparison of tested and theoretical capacity results showed that the proposed methods could effectively predict both the flexural and shear capacity of this composite deck. The ACI 440 methods were relatively conservative in predicting flexural capacity and excessively conservative in predicting shear capacity of this composite deck. The analysis of mechanical behavior and the design method can be used for the design of this composite deck and provides a significant foundation for further research.
This study evaluated the multi-bonding performances of timbers as well as those of reinforcement and timber to obtain data for preparing guidelines regarding the use of timbers as large structural members. For the multi-bonding performances of timbers, four types of bonding surfaces were prepared according to the pith position. For the bonding performances of FRP (fiber-reinforced plastic)/steel plate and timber, a total of 11 types of specimens were produced for the selection of the appropriate adhesive. The bonding performances of the produced specimens were evaluated through a water soaking delamination test, a water boiling delamination test, and a block shear strength test. The test results showed that the bonding strength of the bonding surface according to the pith position was highest in the specimen for which the two sections with the pith at the center of the cross-section on timber and between the bonding surfaces (the tangential and radial sections were mixed) were bonded. Furthermore, the specimens for which the section (radial section) with the pith on the bonding surface of the timber was bonded showed a high delamination percentage. The results of the block shear strength test showed that the bonding section did not have a significant effect on the shear strength, and that the measured wood failure percentage was higher than the KS standard value. The PVAc adhesive showed the highest bonding strength between larix timber and GFRP (glass FRP). Furthermore, the epoxy and polyurethane adhesives showed good bonding strength for CFRP (carbon FRP) and structure steel, respectively.
New hybrid composite material CPAL(Carbon Patched ALuminum alloy), an Al2024-T3 plate doubleside reinforced with carbon/epoxy laminates were made. Fatigue crack growth tests were carried out at R=0.2, 0.5 in the CPAL specimens. The retardation mechanism and behavior of fatigue crack growth were examined basing on investigation of the crack and the delamination using a X-Ray and a ultrasonic C-Scan. The fatigue crack growth rates of CPAL specimens were remarkedly retarded compared to that of the Al2024-T3 specimen. The retardations amounts of the fatigue crack growth rates get higher in $0^{\circ}$/$90^{\circ}$ CPAL specimen than in $\pm$$45^{\circ}$ CPAL specimen, and get higher at R=0.2 than at R=0.5. The retardation of fatigue crack growth rates in CPAL specimen was generated by the crack bridging mechanism, that is the behavior that the fibers in CFRP layers decrease the COD in the Al2024-T3 plate.
The new structure consisting of continuous compound spiral hoop reinforced concrete (CCSHRC)column and steel concrete composite (SCC) beam has both the advantages of steel structures and concrete structures. Two types of beam-to-column connections applied in this structural system are presented in this paper. The connection details are as follows: the main bars in beam concrete pass through the core zone for both types of connections. For connecting bar connection, the steel I-beam webs are connected by bolts to a steel plate passing through the joint while the top and bottom flanges of the beams are connected by four straight and two X-shaped bars. For bolted end-plate connection, the steel I-beam webs are connected by stiffened extended end-plates and eight long shank bolts passing through the core zone. In order to study the seismic behaviour and failure mechanisms of the connections, quasi-static tests were conducted on both types of full-scale connection subassemblies and core zone specimens. The load-drift hysteresis loops show a plateau for the connecting bar connection while they are excellent plump for bolted end-plate connection. The shear capacity formulas of both types of connections are presented and the values calculated by the formula agree well with the test results.
Based on the ideas of variational differential quadrature (VDQ) and finite element method (FEM), a numerical approach named as VDQFEM is applied herein to study the large deformations of plate-type structures under static loading with arbitrary shape hole made of functionally graded graphene platelet-reinforced composite (FG-GPLRC) in the context of higher-order shear deformation theory (HSDT). The material properties of composite are approximated based upon the modified Halpin-Tsai model and rule of mixture. Furthermore, various FG distribution patterns are considered along the thickness direction of plate for GPLs. Using novel vector/matrix relations, the governing equations are derived through a variational approach. The matricized formulation can be efficiently employed in the coding process of numerical methods. In VDQFEM, the space domain of structure is first transformed into a number of finite elements. Then, the VDQ discretization technique is implemented within each element. As the last step, the assemblage procedure is performed to derive the set of governing equations which is solved via the pseudo arc-length continuation algorithm. Also, since HSDT is used herein, the mixed formulation approach is proposed to accommodate the continuity of first-order derivatives on the common boundaries of elements. Rectangular and circular plates under various boundary conditions with circular/rectangular/elliptical cutout are selected to generate the numerical results. In the numerical examples, the effects of geometrical properties and reinforcement with GPL on the nonlinear maximum deflection-transverse load amplitude curve are studied.
Experiments were carried out to investigate the ballistic performance of fiber reinforced plastic(FRP)-steel plates completely penetrated by hemispherical-nosed projectiles at sub-ordnance velocities greater than their ballistic limits. The FRP-steel plate consists of a front FRP laminate and a steel backing plate. Failure mechanisms and impact energy absorptions of FRP-steel plates were analyzed and compared with FRP laminates and single steel plates. The effects of relative thickness, manufacturing method and fabric type of front composite armors as well as the joining style between front composite armors and steel backing plates on the total perforation resistance of FRP-steel plates were explored. It is found that in the case of FRP-steel plates completely penetrated by hemispherical-nosed projectiles at low velocities, the failure modes of front composite armors are slightly changed while for steel backing plates, the dominate failure modes are greatly changed due to the influence of front composite armors. The relative thickness and fabric type of front composite armors as well as the joining style of FRP-steel plates have large effects whereas the manufacturing method of front composite armors has slight effect on the total perforation resistance of FRP-steel plates.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.3
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pp.42-47
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2011
A method of calculating natural frequencies corresponding to the modes of vibration of beams and tower structures with irregular cross sections and arbitrary boundary conditions was developed. The result is compared with that of the beam theory. Finite difference method is used for this purpose. The influence of the $D_{22}$ stiffness on the natural frequency is rigorously investigated. In this paper, the relation between the applied loading sizes and the natural frequency of vibration of some structural elements is presented. The results of application of this method to steel bridge and reinforced concrete slab bridge by using specially orthotropic plate theory is presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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