A wide range of experimental bases and improved performance with different forms of Fiber Reinforced Polymer (FRP) have attracted researchers to produce eco-friendly and sustainable structures. The reinforced concrete (RC) beam's shear capacity has remained a complex phenomenon because of various parameters affecting. Design recommendations for the shear capacity of RC elements having FRP reinforcement need a more experimental database to improve design recommendations because almost all the recommendations replace different parameters with FRP's. Steel and FRP are fundamentally different materials. One is ductile and isotropic, whereas the other is brittle and orthotropic. This paper presents experimental results of the investigation on the beams with glass fiber reinforced polymer (GFRP) reinforcement as longitudinal bars and stirrups. Total twelve beams with GFRP reinforcement were prepared and tested. The cross-section of the beams was rectangular of size 230 × 300 mm, and the total length was 2000 mm with a span of 1800 mm. The beams are designed for simply-supported conditions with the two-point load as per specified load positions for different beams. Flexural reinforcement provided is for the balanced conditions as the beams were supposed to test for shear. Two main variables, such as shear span and spacing of stirrups, were incorporated. The beams were designed as per American Concrete Institute (ACI) ACI 440.1R-15. Relation of VExp./VPred. is derived with axial stiffness, span to depth ratio, and stirrups spacing, from which it is observed that current design provisions provide overestimation, particularly at lower stirrups spacing.
Cho, Kyung Hun;Han, Soo Ho;Lee, Jung Bin;Kim, Sung Bo;Kim, Jang Jay Ho
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.3
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pp.277-285
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2023
Recently, as the magnitude and frequency of earthquakes increases, research is needed to increase the ductility of the columns in order to prevent the collapse of structures. In this study, to evaluate the performance of columns reinforced with continuous transverse reinforcing bars, the FE model for the dynamic analysis of structures reinforced with continuous transverse reinforcing bars for circular and rectangular columns is to be verified using the results of uniaxial compression experiments in the previous study. As a result, the experimental value of the column reinforced with continuous transverse reinforcement and the result value related to the dynamic analysis showed similar behavior, and the reliability was high. As a result of the analysis, the usability of the rectangular column reinforced with continuous lateral reinforcing bars was confirmed because the dissipated energy performance of the columns reinforced with spiral reinforcing bars was higher than that of the columns reinforced with band reinforcing bars.
Park, Nam Hoi;Choi, Jin Yu;Yu, Chul Soo;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.1
s.44
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pp.17-28
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2000
The current specifications for bridge decks requires the same amount of upper and lower reinforcement mats. There have been many empirical activities that the partial elimination of upper reinforcing bars was not caused the structural integrity of a deck. A simplified method is derived based on thin plate theory for three and four-girder-span bridge decks. A simplified method for bridge deck considering the effect of girder deflection is proposed based on a closed-form solution that shows good agreement with the results of finite element models. In this research, a new design approach for deck slabs is proposed based on the simplified method. The negative bending moments in a deck can be evaluated with the simplified method based on the position of a wheel load, the aspect ratio and relative stiffness and the span length. This new approach can lead to a significant reduction of the quantity of the top reinforcing steel bars in a deck. Reducing the quantify of the top reinforcement not only reduces the construction costs for bridge decks, but also reduces the corrosion of reinforcement to a minimum.
The beam-column assembly in a ductile reinforced concrete (RC) frames subjected to seismic loading are generally controlled by shear and bond mechanisms, both of which exhibit poor hysteretic properties. Hence the response of joints is restricted essentially to the elastic domain. The usual earthquake resistant design philosophy of ductile frame buildings allows the beams to form plastic hinges adjacent to beam-column assembly. Increased strain in these plastic hinge regions affect on joint strain to be increased. Thus bond and shear joint strength are decreased. The research reported in this paper presents the test results of five RC beam-column assembly after developing plastic hinges in beams. Main parameter of the test Joints was the amount of the longitudinal tensile reinforcement of the beams. Test results indicted that the ductile capacity of joints increased as the longitudinal tensile reinforcement of the beams decreased. In addition, both the tensile strain of the longitudinal reinforcement bars in the joint and the ductile ratio of the beam-column assemblages increased due to the yielding of steel bars in the plastic hinge regions.
Park, Yong Myung;Kang, Moon Ki;Roh, Jin Kyung;Ju, Ho Jung;Kang, Choong Hyun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.1
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pp.21-30
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2014
In this study, an experimental study was performed to evaluate the shear resistance of cast-in-place(CIP) anchors reinforced with hairpin and stirrup bars under static and dynamic loads. The reinforcement was developed using D6 bars, and the anchors were installed with 20mm diameter and 120mm edge distance. Three tests were conducted for each type of reinforced anchor under static and dynamic shear load with a pulsating frequency of 1 Hz, respectively. It was found that the strength of hairpin-reinforced anchor was affected by the concrete cover and the dynamic tests showed no capacity reduction of anchors compared with static tests. The stirrup-reinforced anchor showed little increase of resistance compared with unreinforced anchor and the resistance under dynamic loading showed nearly same strength by static loading.
Steel fibre-reinforced concrete (SFRC) is an emerging class of composite for construction. However, a reliable method to assess the flexural behaviour of SFRC structural member is in lack. An analytical technique is proposed for determining the moment-curvature response of concrete beams reinforced with steel fibres and longitudinal bars (R/SFRC members). The behaviour of the tensile zone of such members is highly complex due to the interaction between the residual (tension softening) stresses of SFRC and the tension stiffening stresses. The current study suggests a transparent and mechanically sound method to combine these two stress concepts. Tension stiffening is modelled by the reinforcement-related approach assuming that the corresponding stresses act in the area of tensile reinforcement. The effect is quantified based on the analogy between the R/SFRC member and the equivalent RC member having identical geometry and materials except fibres. It is assumed that the resultant tension stiffening force for the R/SFRC member can be calculated as for the equivalent RC member providing that the reinforcement strain in the cracked section of these members is the same. The resultant tension stiffening force can be defined from the moment-curvature relation of the equivalent RC member using an inverse technique. The residual stress is calculated using an existing model that eliminates the need for dedicated mechanical testing. The proposed analytical technique was validated against test data of R/SFRC beams and slabs.
Park, Hong-Gun;Lee, Jae-Hoon;Shin, Hyun-Mock;Baek, Jang-Woon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.6
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pp.601-612
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2013
In the construction of nuclear power plants using massive walls, the use of high-strength re-bars for shear design is necessary to enhance the constructability and economy. In this study, low-rise walls (aspect ratio of 1.0) with grade 550 MPa bars were tested under cyclic loading to investigate the shear capacity and deformation capacity. The test parameters were the grade of horizontal re-bars (550 MPa, 420 MPa), strength of concrete compressive strength (46 MPa, 70 MPa), horizontal/vertical reinforcement ratio, use of lateral confinement hoops, shape of cross section, and failure modes (shear failure before or after flexural yielding). The test results were compared with those of walls with grade 420 MPa bars and predicted strength by current design codes. The results showed that the shear strength of the walls with 550 MPa bars was comparable to that of the walls with 420 MPa bars though the safe margin slightly decreased. ACI 349 provides underestimated shear strength for the walls with 550 MPa bars. In case of the wall with flexural yielding, a large deformation capacity was achieved. This result indicates that the ACI 349 provisions can be safely applied to seismic design of the low-rise walls (aspect ratio of 1.0) with grade 550 MPa bars.
Laboratory pullout tests were conducted to evaluate pullout performance of steel strip reinforcements with deformed steel bars as transverse members. The steel strip reinforcement has an installation hole to assemble a deformed steel bar. Jumunjin standard sand is used to form a relative density of ground model to 80%. Frictional resistance of steel strip reinforcement without transverse member increases sharply at the initial displacement and quickly decreases with displacement. Maximum frictional resistance increases linearly as normal pressure increasing, and soil-reinforcement interaction friction angle(${\rho}_{peak}$) of a steel strip reinforcement is estimated to $14.64^{\circ}$. Passive resistance increases with displacement and converge into maximum passive resistance in most cases. Maximum passive resistance increases linearly as normal pressure increasing irrespective of shape of the steel reinforcement. Pullout force of steel strip reinforcements with installation holes or transverse members largely increases about 4 to 7 times compared to frictional resistance force of steel strip reinforcements when embedment length($L_e$) of steel strip reinforcements is 500 mm. In the case of using 2 transverse members, interference effect is observed due to the spacing of 2 transverse members and location of assembly holes and transverse members.
Choi, Yun Cheul;Park, Keum Sung;Choi, Hyun Ki;Choi, Chang Sik
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.1
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pp.67-76
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2011
The use of glass-fiber-reinforced polymer (GFRP) bars in reinforced concrete (RC) structures has emerged as an alternative to traditional RC due to the corrosion of steel in aggressive environments. Although the number of analytical and experimental studies on RC beams with GFRP reinforcement has increased in recent decades, it is still lower than the number of such studies related to steel RC structures. This paper presents the experimental moment deflection relations of GFRP reinforced beam which are spliced. Test variables were different reinforcement ratio and cover thickness of GFRP rebars. Seven concrete beams reinforced with steel GFRP re-Bars were tested. All the specimens had a span of 4000mm, provided with 12.7mm nominal diameter steel and GFRP rebars. All test specimens were tested under 2-point loads so that the spliced region be subject to constant moment. The experimental results show that the ultimate moment capacity of beam increasing of the reinforcement ratio. Failure mode of these specimens was sensitively vary according to the reinforcement ratio. The change of beam effective depth, which was caused by cover thickness variation, controlled the maximum strength and deflection because of cover spalling in tension face.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.273-276
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2008
The use of FRP(Fiber Reinforced Polymer) bars to replace conventional steel bars in reinforcing concrete structures is currently encouraged by many structural engineers, especially for their noncorrosive properties. The partial inferiority of the bond and mechanical properties for FRP bars, however, leads to wider and deeper cracks compared with those of steel reinforced concrete structures. This paper presents experimental results of concrete beams reinforced with FRP bars tested under static loading conditions up to failure. The study focuses on the effects of the reinforcement ratio on the behavior of concrete beams at various stages during loading. The study also attempts to establish a theoretical basis for the development of simple and rational design procedures for concrete beams reinforced with FRP bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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