Fiber Reinforced Polymer (FRP), which has a high strength to weight ratio, are now regularly used for strengthening of deficient reinforced concrete (RC) structures. While various researches have been conducted on FRP strengthening, an area that still requires attention is predicting the debonding failure load of prestressed FRP strengthened RC beams. Application of prestressing increases the capacity and reduces the premature failure of the beams largely, though not entirely. Few analytical methods are available to predict the failure loads under flexure failure. With this paucity, this research proposes a method for predicting debonding failure induced by intermediate crack (IC) for prestressed FRP-strengthened beams. The method consists of a numerical study on beams retrofitted with prestressed FRP in the tension side of the beam. The method applies modified Branson moment-curvature analysis together with the global energy balance approach in combination with fracture mechanics criteria to predict failure load for complicated IC-induced failure. The numerically simulated results were compared with published experimental data and the average of theoretical to experimental debonding failure load is found to be 0.93 with a standard deviation of 0.09.
Kim, Ki-Soo;Kim, Jong-Woo;Jho, Yoon-Bum;Min, Jung-Hyun;Shin, Yeong-Soo;Jung, Chul
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.208-211
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2002
In RC beams strengthened with Epoxy-Bonded Fiber, debonding failure happens frequently. Moreover, through the life cycle, it is difficult to recognize clacks and deflections on the surface of concrete members strengthened with Epoxy- Bonded Fiber. For these reasons, we must always monitor the state of RC beams. The Optical FBG sensor is broadly accepted as a structural health monitoring device. The main objective of this paper is that it's possible to monitoring the debonding failure of R.C. beams strengthened with Epoxy-Bonded Fiber. For that, we fixed two Optical FBG sensors at the center of the beam and another two sensors in the end of Epoxy-Bonded Fiber, According to the comparison micro-strain between embeded sensor in concrete and that on the fiber surface, we can find the point which debonding failure occurs
Dar, M. Adil;Subramanian, N.;Dar, A.R.;Rather, Amer Iliyas;Atif, Mir;Syed, Sayeeda
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.3
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pp.303-310
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2019
Any revision of seismic codes usually demands a higher capacity from structural members, making existing structures unsafe particularly from strength considerations. Retrofitting of capacity deficient members is very suitable for tackling such situations. This paper presents an experimental study on different retrofitting measures adopted for strengthening a series of reinforced concrete (RC) beams. Four identical RC beam specimens were casted, out of which three specimens were strengthened by different schemes (viz., bolted hot rolled flat, bolted cold-formed steel channel, and carbon fibre reinforced polymer (CFRP) laminate, respectively) on their tension face and tested under four-point monotonic loading. This study focuses on the investigation of the flexural behaviour of these retrofitted beams, observed in terms of strength and stiffness. It was concluded that all retrofitting measures improved the structural performance of these beams. However, the cost involved with each strengthening mode was proportional to the improvement in the performance achieved.
Mohammed, Thaer Jasim;Abu Bakar, B.H.;Bunnori, N. Muhamad
Structural Engineering and Mechanics
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v.56
no.1
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pp.123-136
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2015
The proposed techniques to repair concrete members such as steel plates, fiber-reinforced polymers or concrete have important deficiencies in adherence and durability. The use of ultra high performance fiber concrete (UHPFC) can overtake effectively these problems. In this paper, the possibility of using UHPFC to strengthen reinforced concrete beams under torsion is investigated. Seven specimens of concrete beams reinforced with longitudinal and transverse reinforcements. One of these beams consider as control specimen while the others was strengthened by UHPFC on four, three, and two sides. This study includes experimental results of all beams with different types of configurations and thickness of UHPFC. As well as, finite element analysis was conducted in tandem with experimental test. Results reveal the effectiveness of the proposed technique at cracking and ultimate torque for different beam strengthening configurations, torque - twist graphs and crack patterns. The UHPFC can generally be used as an effective external torsional reinforcement for RC beams. It was noted that the behavior of the beams strengthen with UHPFC are better than the control beams. This increase was proportional to the retrofitted beam sides. The use of UHPFC had effect in delaying the growth of crack formation. The finite element analysis is reasonably agreement with the experimental data.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.3
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pp.203-211
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1999
This study is to examine the feasibility of carbon fiber sheet(CFS), a kind of fiber reinforced plastic(FRP), for a repair and reinforcement of R/C beams. The flexural strength of R/C beams, that were preloaded and then the cracks were repaired, maintains that of the uncracked R/C beams. The flexural strength of R/C beams increases with the reinforcement of CFS. In order to practically apply the repair and reinforcement method, further research is needed for the distribution, amount, and bond of CFS. In this study, an experiment was conducted for R/C beams reinforced with CFS, for various wrapping method and amounts of CFS. Experimental results showed the wrapping method increasing the bond area and amount of CFS layer caused the increase in the strength of the beams. It is found that the strength of CFS should be used as 70% of the maximum strength in retrofitting reinforced concrete beams in evaluating flexural capacity on the basis of ultimate strength design method.
Extensive research work has been performed on shear strengthening of reinforced concrete (RC) beams retrofitted with externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) in form of strips. However, most of this research work is experimental and very scarce studies are available on numerical modelling of such beams due to truly challenging nature of modelling concrete shear cracking and interfacial interaction between components of such beams. This paper presents an appropriate model for RC beam and to simulate its cracking without numerical computational difficulties, convergence and solution degradation problems. Modelling of steel and CFRP and their interfacial interaction with concrete are discussed. Finally, commercially available non-linear finite element software ABAQUS is used to validate the developed finite element model with key tests performed on full scale T-beams with and without CFRP retrofitting, taken from previous extensive research work. The modelling parameters for bonding behavior of CFRP with special anchors are also proposed. The results presented in this research work illustrate that appropriate modelling of bond behavior of all the three types of interfaces is important in order to correctly simulate the shear behavior of RC beams strengthened with CFRP.
Mini, K.M.;Alapatt, Rini John;David, Anjana Elizabeth;Radhakrishnan, Aswathy;Cyriac, Minu Maria;Ramakrishnan, R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.50
no.3
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pp.275-286
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2014
This paper reports the influence of number of layers and length of GFRP sheets wrapped onto RCC beams for strengthening. Twelve beams of size $700mm{\times}150mm{\times}150mm$ were cast and tested. Two beams without GFRP and ten beams wrapped in different lay-up patterns with one and two layers of GFRP sheets was subjected to three point loading test and ultrasonic pulse velocity test. Initial crack load, ultimate failure load and types of failure have been observed and noted. Experimental results indicate a significant increase in initial and ultimate load carrying capacity of GFRP wrapped beams compared to unwrapped beams. The failed control specimen was retrofitted using U wrap scheme and tested under three point loading.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.763-768
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2000
The purpose of this paper is to predict the flexural strengthening of reinforced concrete beams by the external bonding of carbon fiber reinforced plate(CFRP) to the tension face of the beam. Used computational equation is derived by relation of stress an strain. This equation is applied to four-nondamage beam and tow-preloading beam. Six scale beams were tested to evaluate the strength enhancement provided by the CFRP. And describes the strength enhancement provided to the flexural capacity of reinforced concrete beam by the external bonding of CFRP. An inelastic section analysis procedure was developed that accurately predicts the load displacement response of the retrofitted beams.
This paper presents results of an experimental study to evaluate a new retrofit technique for strengthening shear deficient short concrete beams and columns. In this technique a mortar jacket reinforced with expanded steel meshes is used for retrofitting. Twelve short reinforced concrete specimens, including eight retrofitted ones, were tested. Six specimens were tested under a constant compressive axial force of 15% of column axial load capacity based on original concrete gross section, $A_g$, and the concrete compressive strength, ${f_c}^{\prime}$. Main variables were the spacing of ties in original specimens and the volume fraction of expanded metal in jackets. Original specimens failed before reaching their nominal calculated flexural strength, $M_n$, and had very poor ductility. Strengthened specimens reached their nominal flexural strength and had a ductility capacity factor of up to 8 for the beams and up to 5.5 for the columns. Based on the test results, it can be concluded that expanded steel meshes can be used effectively to strengthen shear deficient concrete members.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.3
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pp.261-269
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2004
The existing concrete beams can be retrofitted or reinforced by attaching carbon fiber or glass fiber sheet beneath the beams. Although diverse design methods and application techniques of the retrofitting are studied and developed, the testing method of examining retrofitted beams have not been put into practice yet. In this study, a bond delamination has been modeled and studied to provide a basis for the development of actual testing equipments. For this purpose, Gaussian and sinusoidal waves with 3GHz and 5GHz center frequency are used as an incident wave and 1mm and 3mm bond delamination under the reinforcement are modeled. In the modeling, Finite Difference-Time Domain algorithm is used to investigate the behavior of electromagnetic waves in concrete. The results have shown that 5GHz waves are suitable for the detection of delamination.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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