Fiber reinforced polymer (FRP) applications in the structural engineering field include concrete-FRP composite systems, where FRP components are either attached to or embedded into concrete structures to improve their structural performance. This paper presents the results of an analytical study conducted using finite element model (FEM) to simulate the behavior of three-points load beam reinforced with GFRP and/or steel bars. To calibrate the FEM, a small-scale experimental program was carried out using six reinforced concrete beams with $200{\times}200mm$ cross section and 1000 mm length cast and tested under three point bending load. The six beams were divided into three groups, each group contained two beams. The first group was a reference beams which was cast without any reinforcement, the second group concrete beams was reinforced using GFRP, and the third group concrete beams was reinforced with steel bars. Nonlinear finite element simulations were executed using ANSYS software package. The difference between the theoretical and experimental results of beams vertical deflection and beams crack shapes were within acceptable degree of accuracy. Parametric study using the calibrated model was carried out to evaluate two parameters (1) effect of number and position of longitudinal main bars on beam behavior; (2) performance of concrete beam with composite longitudinal reinforcement steel and GFRP bars.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.1
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pp.72-80
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2018
Whilst it is common to construct high-rise buildings and long-span structures in the construction and building industry, there might be a number of problems such as excessive re-bars arrangement, deterioration of concrete quality, unnecessary quantity take-off and so forth. As these types of buildings and structures are getting more popular, it is widespread to apply high-strength materials such as high-strength concrete and re-bars to sustain durability and stability. This research aims to investigate the effectiveness of the high-strength reinforcing bars on the underground parking in a rigid-frame structure. In this study, the reinforcing bars with different yield strength were applied to corroborate the usefulness and practicability of the high-strength re-bars on the underground parking in a rigid-frame structure. The test results show that the quantity of reinforcement bars is lowered, as the yield strength of the re-bars are grown in general. However, the quantity of reinforcement bars on the development and splice has a tendency to increase slightly. Despite of the increase of the development and splice, the total quantity of reinforcing bars was reduced since the increasing ration of the pure quantity is higher than the development and splice. Base on the test results, it would be possible to achieve the reduction of reinforcing bars arrangement and lowering the amount of work to be done during a construction phase. Moreover, the reduced amount of bar arrangement will make it possible to improve workability and constructability of reinforced concrete structures. Ultimately, we will be able to attain improved quality and efficiency of construction using reinforced concrete.
One of the most complex reinforcement location in the precast building frame is the beam-column joint in a prefabricated construction. It is generally resulted from the vortical bars of column, anchorage bars of beam, and bars of hoop. Particularly the hooked anchorage bars of beam are confronted with hoop and main column bars. The headed reinforcement is considered to place them easily and to reduce the anchorage length in a precast construction. Reversed cyclic loading tests are performed on four beam-column specimens to evaluate the strength and behavior of beam to column and column to column connections. The result of test shows that the headed reinforcement has a similar performance than that of hooked reinforcement in a precast specimen with strong column and weak beam joints. The splice column joints which are used frequently in the domestic fields also show reliable behaviors in those tests with strong column and weak beam joints.
Gil-Martin, Luisa Maria;Hernandez-Montes, Enrique;Aschheim, Mark;Pantazopoulou, Stavroula J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.23
no.4
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pp.369-386
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2006
The influence of reinforcement buckling on the flexural response of reinforced concrete members is studied. The stress-strain response of compression reinforcement is determined computationally using a large-strain finite element model for bars of varied diameter, length, and initial eccentricity, and a mathematical expression is fitted to the simulation results. This relationship is used to represent the response of bars in compression in a moment-curvature analysis of a reinforced concrete cross section. The compression bar may carry more or less force than a tension bar at a corresponding strain, depending on the relative influence of Poisson effects and bar slenderness. Several cross-section analyses indicate that, for the distances between stirrups prescribed in modern concrete codes, the influence of inelastic buckling of the longitudinal reinforcement on the monotonic moment capacity is very small and can be neglected in many circumstances.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.2
no.3
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pp.188-193
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1998
An experimental study was performed on the pull-out behavior of 90-deg standard hooks from exterior beam-column connections. The effects of lateral confinement and fiber reinforcement of joint area were investigated. It was concluded ; (1) Substitution of the transverse column (confining) reinforcement with steel fibers at the joint region effectively reduces the extent of cracking in exterior joints caused by pull-out of hooked bars; and (2) The strength and ductility of hooked bars under pull-out forces are positively influenced by substituting the conventional confining reinforcement of exterior joints with steel fibers. Application of steel fibers to exterior joints seems to be an effective technique for improving the anchorage conditions of hooked bars, and also for reducing the congestion of reinforcement in exterior beam-column connections.
Seo Dong Min;Yang Seung Youl;Hong Gi Suop;Choi Oan Chul
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.112-115
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2004
Bond between reinforcing bar and surrounding concrete is supposed to transfer load safely in the process of design of reinforced concrete structures. Bond failure of reinforcing bar generally take place by splitting of the concrete cover as bond force between concrete and reinforcing bars exceeds the confinement of the concrete cover and reinforcement. However, the confinement force has a limitation. Thus, the only variable is the bearing angle corresponding to the change of bond force. Higher rib height bars possessing higher shearing resistance can maintain higher bearing angle and higher splitting resistance when bars are highly confined, and consequently higher bond strength, than lower rib higher bars. In this study, from the evaluate bond strength of high Relative Rib Area Bars Using beam-end test specimens are compared with the current provisions for development of reinforcement, and the improved design method of bond strength is proposed.
Ghatefar, Amir;ElSalakawy, Ehab;Bassuoni, Mohamed T.
Computers and Concrete
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v.20
no.2
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pp.215-227
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2017
A finite element model (FEM) for predicting early-age behavior of reinforced concrete (RC) bridge deck slabs with fiber-reinforced polymer (FRP) bars is presented. In this model, the shrinkage profile of concrete accounted for the effect of surrounding conditions including air flow. The results of the model were verified against the experimental test results, published by the authors. The model was verified for cracking pattern, crack width and spacing, and reinforcement strains in the vicinity of the crack using different types and ratios of longitudinal reinforcement. The FEM was able to predict the experimental results within 6 to 10% error. The verified model was utilized to conduct a parametric study investigating the effect of four key parameters including reinforcement spacing, concrete cover, FRP bar type, and concrete compressive strength on the behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to restrained shrinkage at early-age. It is concluded that a reinforcement ratio of 0.45% carbon FRP (CFRP) can control the early-age crack width and reinforcement strain in CFRP-RC members subjected to restrained shrinkage. Also, the results indicate that changing the bond-slippage characteristics (sand-coated and ribbed bars) or concrete cover had an insignificant effect on the early-age crack behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to shrinkage. However, reducing bar spacing and concrete strength resulted in a decrease in crack width and reinforcement strain.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.2
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pp.49-57
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2021
A study was conducted to secure structural performance as well as improve workability by improving the reinforcement details of special shear wall and coupling beams. Based on the specimen in which the existing diagonal bundle reinforcement and shear reinforcement were placed, the specimens replaced with thick diagonal reinforcing bars and the specimens replaced with horizontal reinforcing bars were selected as variables. As a result of the experiment, the specimen, which replaced the existing diagonal reinforcement with a thick-diameter reinforcement, showed a similar behavior to that of the basic specimen, and it was evaluated that it can be applied as an alternative to the details.
This experimental study investigates the effectiveness of applying carbon fiber reinforced polymer (CFRP) jackets for the retrofit of short reinforced concrete (RC) columns with inadequate transverse reinforcement and stirrup spacing to longitudinal rebar diameter equal to 12. RC columns scaled at 1/3, with round and square section, were subjected to axial compression up to failure. A damage scale is introduced for the assessment of the damage severity, which focusses on the extent of buckling of the longitudinal rebars. The damaged specimens were subsequently repaired with unidirectional CFRP jackets without any treatment of the buckled reinforcing bars and were finally re-tested to failure. Test results indicate that CFRP jackets may be effectively applied to rehabilitate RC columns (a) with inadequate transverse reinforcement constructed according to older practices so as to meet modern code requirements, and (b) with moderately buckled bars without the need of previously repairing the reinforcement bars, an application technique which may considerably facilitate the retrofit of earthquake damaged RC columns. Factors for the estimation of the reduced mechanical properties of the repaired specimens compared to the respective values for intact CFRP-jacketed specimens, in relation to the level of damage prior to retrofit, are proposed both for the compressive strength and the average modulus of elasticity. It was determined that the compressive strength of the retrofitted CFRP-jacketed columns is reduced by 90% to 65%, while the average modulus of elasticity is lower by 60% to 25% in respect to similar undamaged columns jacketed with the same layers of CFRP.
This paper presents the behavior of geopolymer concrete beams reinforced with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars. In the study, ordinary Portland cement concrete and geopolymer concrete beams having GFRP bars were prepared and tested under four-point loading. The load-deflection diagrams and load capacities of the tested beams were obtained. It was observed that the tested beams exhibited good ductility and significant deflection capacity. The results showed that increasing the tension GFRP reinforcement ratio caused enhancement in the strength capacity of geopolymer concrete beams. In addition, the tested beams were analyzed to obtain the load capacity and the load-deflection responses. The theoretical load-deflection curves and load bearing capacities have been predicted well with the test results. Parametric study has been performed to determine the influences of concrete strength, shear span to depth ratio (a/d) and reinforcement ratio on the behavior of geopolymer concrete beams longitudinally reinforced with GFRP bars. It was concluded that increasing concrete strength led to an increase in load capacity. Besides, the ultimate load increased as the reinforcement ratio increased. On the other hand, increasing a/d ratio reduced the ultimate load value of GFRP reinforced geopolymer concrete beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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