To calculate the shear capacity of concrete beams reinforced with fibre-reinforced polymer (FRP), current shear design provisions use slightly modified versions of existing semi-empirical shear design equations that were primarily derived from experimental data generated on concrete beams having steel reinforcement. However, FRP materials have different mechanical properties and mode of failure than steel, and extending existing shear design equations for steel reinforced beams to cover concrete beams reinforced with FRP is questionable. This paper investigates the feasibility of using artificial neural networks (ANNs) to estimate the nominal shear capacity, Vn of concrete beams reinforced with FRP bars. Experimental data on 150 FRP-reinforced beams were retrieved from published literature. The resulting database was used to evaluate the validity of several existing shear design methods for FRP reinforced beams, namely the ACI 440-03, CSA S806-02, JSCE-97, and ISIS Canada-01. The database was also used to develop an ANN model to predict the shear capacity of FRP reinforced concrete beams. Results show that current guidelines are either inadequate or very conservative in estimating the shear strength of FRP reinforced concrete beams. Based on ANN predictions, modified equations are proposed for the shear design of FRP reinforced concrete beams and proved to be more accurate than existing equations.
In reinforced concrete design, structural member sizes and amount of reinforcing steel areas are usually selected based on the structural designers' experience. Most existing charts provided for the design of reinforced concrete structural members were developed mainly based on force equilibrium conditions and some serviceability criteria. Sections selected from these charts may not result in an economic solution in terms of material costs as well as construction costs. Practical design aids are developed and suggested in this study for the economical design of reinforced concrete beam under flexural loading. With the beam width fixed, the depth of a beam, positive steel areas and negative steel areas are found from Khun-Tucker necessary conditions with Lagrangian multipliers to minimize the sectional cost of a beam. The developed design aids might be useful in selecting optimum reinforced concrete beam sections. Theoretical derivations and use of the developed design aids are described in this paper.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.52
no.5
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pp.19-26
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2010
This study was conducted to find out the reasonable optimum design method of agricultural reinforced concrete structures. Selected design variables are the dimension of concrete section, reinforced steel area, and objective function is formulated by cost function. To test the reliability, efficiency, possibility of application and reasonability of optimum design method, both continuous optimization method and mixed-discrete optimization method were applied to the design of reinforced concrete superstructure of aqueduct and application results were discussed. It is proved that mixed-discrete optimization method is more reliable, efficient and reasonable than continuous optimization method for the optimum design of reinforced concrete agricultural structures.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.421-426
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1999
The purpose of this study is to investigate the durability design method of reinforced concrete structure in order to establish a rationally combined design system of structural and durability design, that is to say performance-based design. In literature study, the integrated design of concrete structure studied JCI committe is very intensive durability design method for reinforced concrete structure. Specially, B root durability design method for selection of verification level is very effective method in the view of modeling of materials and structural properties to analyze safety and serviceability of RC structures.
Kim, Chae-Saeng;Seo, Dae-Won;Han, Beom-Seok;Ahn, Jong-Mun;Shin, Sung-Woo;Park, Young-Hwan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.114-117
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2006
Concrete beams reinforced with fiber reinforced polymer (FRP) bars exhibit large deflection and crack width as compared to concrete beams reinforced steel due to modulus of elasticity of FRP bars. Current design code for prediction and crack width developed in concrete structures reinforced with steel bars may not be used for concrete beams reinforced with FRP bars. Thus a number of researcher have attempted to propose modifications to the ACI 318 empirical equation for estimating the effective moment of inertia of reinforced concrete beams. Others used numerical method to calculate the deflection. The purpose of this paper is to evaluation of methods of ACI 440.1 R-01, ISIS Canada design manual, and others for predicting deflection for glass fiber reinforced polymer reinforced concrete beams.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.1
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pp.59-66
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2022
In this paper, the flexural capacity equation of FRP-bar reinforced concrete beams was verified by comparing the experimental results and flexural capacity obtained according to the ACI procedure. And, also the economic feasibility of FRP-bar reinforced concrete beams was analyzed by comparing nominal moment capacity of beams. The results of analysis were as follows, 1) GFRP concrete beams have lower flexural performance than reinforced concrete beams, whereas CFRP concrete beams have similar flexural performance to reinforced concrete beams under the same reinforcement ratio 2) Although the design moment increased as the compressive strength of concrete increased, the flexural performance of GFRP reinforced concrete beams was found to be lower than the reinforced concrete beams for all reinforcement ratios.
In the current research, a displacement-based seismic design scheme to retrofit reinforced concrete columns using FRP composite materials has been proposed. An accurate prediction for the nonlinear flexural analysis of FRP jacketed concrete members has been presented under multiaxial constitutive laws of concrete and composite materials. Through modification of the displacement coefficient method (DCM) and the direct displacement-based design method (DDM) of reinforced concrete structures, two algorithms for a performance-based seismic retrofit design of reinforced concrete columns with a FRP jacket have been newly introduced. From applications to retrofit design it is known that two methods are easy to apply in retrofit design and the DCM procedure underestimates the target displacement to compare with the DDM procedure.
Rahman, Md. Moshiur;Jumaat, Mohd Zamin;Islam, A.B.M. Saiful
Computers and Concrete
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v.19
no.2
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pp.127-131
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2017
This paper presents a generalized formulation for optimizing the design of concrete beam reinforced with glass fiber reinforced polymer bar. The optimization method is formulated to find the design variables leading to the minimum weight of concrete beam with constraints imposed based on ACI code provisions. A simple genetic algorithm is utilized to solve the optimization task. The weights of concrete and glass fiber reinforced polymer bar are included in the formulation of the objective function. The ultimate limit states and the serviceability limit states are included in formulation of constraints. The results of illustrated example demonstrate the efficiency of the proposed method to reduce the weight of beam as well as to satisfy the above requirement. The application of the optimization based on the most economical design concept have led to significant savings in the amount of the component materials to be used in comparison to classical design solutions.
Chalioris, Constantin E.;Panagiotopoulos, Thomas A.
Computers and Concrete
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v.22
no.1
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pp.11-25
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2018
A numerical approach for the evaluation of the flexural response of Steel Fibrous Concrete (SFC) cross-sections with arbitrary geometry, with or without conventional steel longitudinal reinforcing bars is proposed. Resisting bending moment versus curvature curves are calculated using verified non-linear constitutive stress-strain relationships for the SFC under compression and tension which include post-peak and post-cracking softening parts. A new compressive stress-strain model for SFC is employed that has been derived from test data of 125 stress-strain curves and 257 strength values providing the overall compressive behaviour of various SFC mixtures. The proposed sectional analysis is verified using existing experimental data of 42 SFC beams, and it predicts the flexural capacity and the curvature ductility of SFC members reasonably well. The developed approach also provides rational and more accurate compressive and tensile stress-strain curves along with bending moment versus curvature curves with regards to the predictions of relevant existing models.
Cho, Jeong-Rae;Park, Young Hwan;Park, Sung Yong;Cho, Kunhee;Kim, Sung Tae
Journal of the Korean Society of Safety
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v.30
no.6
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pp.70-77
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2015
In this study, the governing design factors of GFRP-reinforced concrete bridge deck are analyzed for typical bridges in Korea. The adopted bridge deck is a cast-in-situ concrete bridge deck for the prestressed concrete girder bridge with dimensions of 240 mm thickness and 2.75 m span length from center-to-center of supporting girders. The selected design variables are the diameters of GFRP rebar, spacings of GFRP rebars and concrete cover thicknesses, Considering the absence of the specification relating GFRP rebar in Korea, AASHTO specification is used to design the GFRP-reinforced concrete bridge deck. The GFRP-reinforced concrete bridge deck is proved to be governed by the criteria about serviceability, especially maximum crack width, while steel reinforced concrete bridge deck is governed by the criteria on ultimate limit state. In addition, GFRP rebars with diameter of 16 mm ~ 19 mm should be used for the main transverse direction of decks to assure appropriate rebar spacings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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