International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.5
no.1
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pp.65-73
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2011
Corrosion of steel bars embedded in concrete admixed with 0%, 2% and 4% calcium nitrite (CN), having compressive strengths of 20 and 46 MPa was investigated. Reinforced concrete specimens were immersed in 3% NaCl solutions for 1, 7 and 15 days where 0.4A external current was applied to accelerate the chemical reactions. Corrosion rate was measured by retrieving electrochemical data via potentiodynamic polarization technique. Pull-out tests of reinforced concrete specimens were then conducted to assess the corroded steel-concrete bond characteristics. Experimental results showed that corrosion rate of steel bars and steel-concrete bond strength were dependent on concrete strength, amount of CN added and accelerated corrosion period. As concrete strength increased from 20 to 46 MPa, corrosion rate of embedded steel decreased. The addition of 2% CN to concrete of 20 MPa was not effective in retarding corrosion of steel at long time of exposure. However, the combination of higher strength concrete and 2% or 4% CN appear to be a desirable approach to reduce the effect of chloride-induced corrosion of steel reinforcement. After 1 day of corrosion acceleration, specimens without CN showed higher bond strength in both concrete mixes than those with CN. After 7 and 15 days of exposure, the higher concentration of CN, the higher bond strength in both concrete mixes achieved, except for the concrete specimen of 20 MPa compressive strength with 2% CN that recorded the highest deterioration in bond strength at 15 days of exposure.
Wang, Peng;Wang, Zhan;Pan, Jianrong;Li, Bin;Wang, Bo
Steel and Composite Structures
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v.37
no.1
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pp.15-26
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2020
The top-and-seat angles with double web angles are commonly used in the design of beam-to-column joints in Asian and North American countries. The seismic behavior analysis of these joints with large cross-section size of beam and column (often connected by four or more bolts) is a challenge due to the effects from the relatively larger size of stiffened angles and the composite action from the adjacent concrete slab. This paper presents an experimental investigation on the seismic performance of exterior composite beam-to-column joints with stiffened angles under cyclic loading. Four full-scale composite joints with different configuration (only one specimen contain top angle in concrete slab) were designed and tested. The joint specimens were designed by considering the effects of top angles, longitudinal reinforcement bars and arrangement of bolts. The behavior of the joints was carefully investigated, in terms of the failure modes, slippage, backbone curves, strength degradation, and energy dissipation abilities. It was found that the slippage between top-and-seat angles and beam flange, web angle and beam web led to a notable pinching effect, in addition, the ability of the energy dissipation was significantly reduced. The effect of anchored beams on the behavior of the joints was limited due to premature failure in concrete, the concrete slab that closes to the column flange and upper flange of beam plays an significant role when the joint subjected to the sagging moment. It is demonstrated that the ductility of the joints was significantly improved by the staggered bolts and welded longitudinal reinforcement bars.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.101-104
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2008
The cost of repairing the deterioration of concrete structures due to corrosion of the reinforcement steel has been the prominent figure in the maintenacne of the reinforced-concrete infrastructures. As an alternative material to steel reinforcement, the use of Fiber Reinforced Polymer (FRP) bar in concrete is being actively studied for the high resistance of chemical environment and high strength to weight ratio properties of FRP. However, there remain various aspects of FRP properties that still need to be studied before the standard design criteria can be established. One of the imminent issues is the bond between FRP and concrete. In this study, the bond-behavior of FRP bars in concrete is investigated via the pullout test with three varying parameters: surface condition of FRP bars, concrete compression strength, and cyclic loading patterns. As a result of experiment, the bond strength of GFRP increased with the concrete compression strength increasing and decreased with applying cyclic load.
Md. Akter, Hosen; Mohd Zamin, Jumaat;A.B.M. Saiful, Islam;Khalid Ahmed, Al Kaaf;Mahaad Issa, Shammas;Ibrahim Y., Hakeem;Mohammad Momeen, Ul Islam
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.2
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pp.179-195
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2023
The performance of reinforced concrete (RC) beam specimens strengthened using a newly proposed Side Near Surface Mounted (S-NSM) technology was investigated experimentally in this work. In addition, analytical and nonlinear finite element (FE) modeling was exploited to forecast the performance of RC members reinforced with S-NSM utilizing steel bars. Five (one control and four strengthened) RC beams were evaluated for flexural performance under static loading conditions employing four-point bending loads. Experimental variables comprise different S-NSM reinforcement ratios. The constitutive models were applied for simulating the non-linear material characteristics of used concrete, major, and strengthening reinforcements. The failure load and mode, yield and ultimate strengths, deflection, strain, cracking behavior as well as ductility of the beams were evaluated and discussed. To cope with the flexural behavior of the tested beams, a 3D non-linear FE model was simulated. In parametric investigations, the influence of S-NSM reinforcement, the efficacy of the S-NSM procedure, and the structural response ductility are examined. The experimental, numerical, and analytical outcomes show good agreement. The results revealed a significant increase in yield and ultimate strengths as well as improved failure modes.
El-Kholy, Ahmed M.;Osman, Ahmed O.;EL-Sayed, Alaa A.
Computers and Concrete
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v.29
no.4
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pp.219-235
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2022
Strengthening slender reinforced concrete (RC) columns is a challenge. They are susceptible to overall buckling that induces bending moment and axial compression. This study presents the precise three-dimensional finite element modeling of slender RC columns strengthened with fiber-reinforced polymer (FRP) composites sheets with various patterns under concentric or eccentric compression. The slenderness ratio λ (height/width ratio) of the studied columns ranged from 15 to 35. First, to determine the optimal modeling procedure, nine alternative nonlinear finite element models were presented to simulate the experimental behavior of seven FRP-strengthened slender RC columns under eccentric compression. The models simulated concrete behavior under compression and tension, FRP laminate sheets with different fiber orientations, crack propagation, FRP-concrete interface, and eccentric compression. Then, the validated modeling procedure was applied to simulate 58 FRP-strengthened slender RC columns under compression with minor eccentricity to represent the inevitable geometric imperfections. The simulated columns showed two cross sections (square and rectangular), variable λ values (15, 22, and 35), and four strengthening patterns for FRP sheet layers (hoop H, longitudinal L, partial longitudinal Lw, and longitudinal coupled with hoop LH). For λ=15-22, pattern L showed the highest strengthening effectiveness, pattern Lw showed brittle failure, steel reinforcement bars exhibited compressive yielding, ties exhibited tensile yielding, and concrete failed under compression. For λ>22, pattern Lw outperformed pattern L in terms of the strengthening effectiveness relative to equivalent weight of FRP layers, steel reinforcement bars exhibited crossover tensile strain, and concrete failed under tension. Patterns H and LH (compared with pattern L) showed minor strengthening effectiveness.
The use of fiber-reinforced polymer (FRP) reinforcing bars in concrete structures has been increased as an alternative of steel reinforcement which has shown greater vulnerability to corrosion problem. However, the long-term performance of concrete members with FRP reinforcement is still questioned in comparison to the used of steel reinforcement. This study presents the results of an experimental study on the long-term behaviors of GFRP (glass fiber reinforced polymer) bar reinforced concrete beams after exposed to accelerated aging in an environmental chamber with temperature of $46^{\circ}C$ ($115^{\circ}F$) and 80% of relative humidity up to 300 days. The objectives of this research was to compare strength degradation and change of ductility between GFRP reinforced concrete beams and steel reinforcement beams after accelerated aging. Two types (wrapped and sand-coated surface) of GFRP bars and steel were reinforced. in concrete beams. Test results show that the failure modes of GFRP bar reinforced concrete beams are very similar with traditional RC beams, and the change of load-carrying capacity of steel reinforcing concrete beam is greater than that of GFRP bar reinforcing concrete beam under the accelerated aging. Test result also shows that the use of GFRP reinforcing in concrete could be introduced more brittle failure than that of steel reinforcing for practical application. The deformability factor up to compression failures indicates no significant variation before and after exposure of accelerated aging.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.40-47
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2021
In this study, the structural behavior by the details of the lap region with the headed bar was estimated through finite element analysis. To solve the finite element analysis of the anchorage region with complex contact conditions and nonlinear behavior, a quasi-static analysis technique by explicit dynamic analysis was performed. The accuracy of the finite element model was verified by comparing the experimental results with the finite element analysis results. It was confirmed that the quasi-static analysis technique well reflected the behavior of enlarged headed bar connection. As a result of performing numerical analysis using 21 finite element models with various development lengths and transverse reinforcement indexes, it was confirmed that the increase of development length and transverse reinforcement index improved the maximum strength and ductility. However, to satisfy the structural performance, it should be confirmed that both design variables(development length and transverse reinforcement index) must be enough at the design criteria. In the recently revised design standard(KDS 14 20 52 :2021), a design formula of headed bar that considers both the development length and the transverse reinforcing bar index is presented. Also the results of this study confirmed that not only the development length but also transverse reinforcing bars have a very important effect.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.4
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pp.39-49
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2001
In this paper, inelastic analysis procedures are presented for the seismic performance evaluation of RC bridge piers with premature termination of main reinforcement. The mechanical characteristic of cracked concrete and reinforcing bar in concrete has been modeled, considering the bond effect between reinforcing bars and concrete, the effect of aggregate interlocking at crack surface and the stiffness degradation after the crack. The smeared crack approach is incorporated. In boundary plane at which each member with different thickness is connected, local discontinuous deformation due to the abrupt change in their stiffness can be taken into account by introducing interface element. The increase of concrete strength due to the lateral confining reinforcement has been also taken into account to model the confined concrete. The proposed numerical method for seismic performance evaluation of RC bridge piers with premature termination of main reinforcement will be verified by comparison with reliable experimental results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.2
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pp.95-102
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2017
This paper describes the experimental results for the structural performance of full-scale coupling beams with different reinforcement layout (diagonal and horizontal). For the reinforcements of the coupling beams, high-strength steel bars(SD500 and SD600) were used in order to improve workability and economic feasibility. The rigid steel frames and linked joints were used to maintain the clear span length (distance between both shear walls) of the coupling beam during the cyclic loading. Experimental results indicated that the diagonally reinforced coupling beam specimen could exhibit more ductile behavior compared to horizontally reinforced specimen. ACI318-14 code is applicable to design of coupling beam with diagonally reinforcement, however, that is overestimating the strength of horizontally reinforced coupling beam. It is remarkable that effective elastic stiffness values of both reinforcement details coupling beam significantly lees than ASCE 41-13.
Current codes recommend large amounts of shear reinforcement for reinforced concrete beam-column joints that causes significant bar congestion. Increase in congestion of shear reinforcement in joint core (connection zone), leads to increase accomplishment problems. The congestion may also lead to diameter limitations on the beam bars relative to the joint dimensions. Using double headed studs instead of conventional closed hoops in reinforced concrete beam-column joints reduces congestion and ensures easier assembly of the reinforcing cage. The purpose of this research is evaluating the efficiency of the proposed reinforcement. In this way, 10 groups of exterior beam-column joints are modeled. Each group includes 7 specimens by different reinforcing details in their joint core. All specimens are modeled by using of ABAQUS and analyzed subjected to cyclic loading. After verification of analytical modeling with an experimental specimen, 3D nonlinear specimens are modeled and analyzed. Then, the effect of amount and arrangement of headed studs on ductility, performance, ultimate strength and energy absorption has been studied. Based on the results, all joints reinforced with double headed studs represent better performance compared with the joints without shear transverse reinforcement in joints core. The behavior of the former is close to joints reinforced with closed hoops and cross ties according to the seismic design codes. By adjusting the arrangement of double-headed studs, the decrease in ductility, performance, ultimate moment resistant and energy absorption reduce to 2.61%, 0.90%, 0.90% and 1.66% respectively compared with the joints reinforced by closed hoops on the average. Since the use of headed studs reduces accomplishment problems, these amounts are negligible. Therefore, use of double-headed studs has proved to be a viable option for reinforcing exterior beam-column joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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