Mohammad Reza Halvaeyfar;Ehsanollah Zeighami;S. Mohammad Mirhosseini;Ali Hassani Joshaghani
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.4
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pp.375-389
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2023
In many fiber concrete beams with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), debonding occurs between the carbon sheets and the concrete due to the low strength of the bonding resin. A total of 42 fiber concrete beams with a cross-section of 10×10 cm with a span length of 50 cm are fabricated and retrofitted with CFRP and subjected to a 4-point bending test. Graphene Oxide (GO) at 1, 2, and 3 wt% of the resin is used to improve the mechanical properties of the bonding resins, and the effect of length, width, and the number of layers of CFRP and resin material are investigated. The crack pattern, failure mode, and stress-strain curve are analyzed and compared in each case. The results showed that adding GO to polyamine resin could improve the bonding between the resin and the fiber concrete beam. Furthermore, the optimum amount of nanomaterials is equal to 2% by the weight of the resin. Using 2% nanomaterials showed that by increasing the length, width, and number of layers, the bearing and stiffness of fiber concrete beams increased significantly.
Moon, Sang Pil;Lee, Sung Ho;Lee, Young Hak;Kim, Min Sook
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.20
no.4
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pp.131-139
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2020
In this paper, the hybrid prefabricated retrofit method is suggested and examined. Six specimens were manufactured in order to evaluate their flexural performance of RC beams. Test parameters include the added beam depth, the thickness of bottom plate, the number of the steel plate with openings. The effects of these parameters on the flexural performance of reinforced concrete beams were examined. The load-deflection behavior and modes of cracks are presented from the test results. At the test result, the flexural capacity and the ductility of the hybrid prefabricated retrofit method was increased satbly. Also, comparing the flexural performance of RC beam and retrofitted RC beams, it was increased that the flexural strength is about 3.3 times, the ductility is about 2.55 times, and energy dissipation capacity is about 7.34 times.
In recent times, there has been a growing need to retrofit and strengthen reinforced concrete (RC) structures that have been damaged. Numerous studies have explored various methods for strengthening RC beams. However, there is a significant dearth of research investigating the utilization of ultra-high-performance concrete (UHPC) for retrofitting damaged RC beams within a concrete frame. This study aims to develop a finite element (FE) model capable of accurately simulating the nonlinear behavior of RC beams and subsequently implementing it in an RC concrete frame. The RC frame is subjected to loading until failure at two distinct degrees, followed by retrofitting and strengthening using Ultra high performance shotcrete (UHPS) through two different methods. The results indicate the successful simulation of the load-displacement curve and crack patterns by the FE model, aligning well with experimental observations. Novel techniques for reinforcing deteriorated concrete frame structures through ABAQUS are introduced. The second strengthening method notably improves both the load-carrying capacity and initial stiffness of the load-displacement curve. By incorporating embedded rebars in the frame's columns, the beam's load-carrying capacity is enhanced by up to 31% compared to cases without embedding. These findings indicate the potential for improving the design of strengthening methods for damaged RC beams and utilizing the FE model to predict the strengthening capacity of UHPS for damaged concrete structures.
Strengthening as well as correcting unsightly deflections of reinforced concrete (RC) beam may be accomplished by retrofitting. An innovative way to do this retrofitting that is proposed in this study utilizes turnbuckle to apply external post-tensioning. This Turnbuckle External Post-Tensioning (T-EPT) was experimentally proven to improve the serviceability and load carrying capacity of reinforced concrete beams. The T-EPT system comprises a braced steel frame and a turnbuckle mechanism to provide the prestressing force. To further develop the T-EPT, this research aims to develop a numerical scheme to analyze the structural performance of reinforced concrete beams with this kind of retrofitting. The fiber method analysis was used as the numerical scheme. The fiber method is a simplified finite element method that is used in this study to predict the elastic and inelastic behavior of a reinforced concrete beam. With this, parametric study was conducted so that the effective setup of doing the T-EPT retrofitting may be determined. Different T-EPT configurations were investigated and their effectiveness evaluated. Overall, the T-EPT was effective in improving the serviceability condition and load carrying capacity of reinforced concrete beam.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.715-720
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1999
The objective of this study is to develope a new equation that can predict the flexural capacity in RC beams strengthened with Carbon Fiber Sheets(CFS). To evaluate the influence of each experimental variable, the conducted experimental test data were investigated; the variables that had an effect on the increment of the flexural capacity were the number of plys, the strengthening length, the reinforced type such as U-type after reinforcing the bottom of the beam. The previous equations were compared using the existing experimental test data, then analyzed for the merits and demerits of existing equations, using the coefficient of correlation(R). The proposed equation was derived in such a way that main parameters and their combination were obtained from the analytical study and then their coefficients were determined by regression analysis using the previous test data. As a result, the proposed equation showed the better agreement than the previous equations.
Ha, Gee-Joo;Shin, Jong-Hack;Ha, Young-Joo;Kang, Hyun-Wook
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.4
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pp.445-452
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2012
In this study, experimental research was carried out to evaluate the structural performance of the reinforced concrete beam using strengthening materials (embedded FRP rod, metal fittings) in existing reinforced concrete buildings. Seven reinforced concrete beams comprised of retrofitted embedded FRP rod (BCR series), embedded FRP rod with metal fittings (BCR-AC series), and standard specimen (BSS) were constructed and tested under monotonic loading. Design parameters of test specimens were amount of embedded FRP rod and metal fittings. The test results showed that the maximum load carrying capacity of specimens with embedded FRP rod (BCR series) and embedded FRP rod with metal fittings (BCR-AC series) increased by 21~55% and 21~63%, respectively, in comparison with the standard specimen BSS. BCR series test specimens failed by the adhesion slip and concrete cover separation. BCR-AC series test specimens failed by the adhesion slip due to the confining effect of metal fittings.
Several techniques have been developed for shear strengthening of reinforced concrete (RC) members by using fiber reinforced polymer (FRP) composites. However, debonding of FRP retrofits from concrete substrate still deemed as a challenging concern in their application which needs to be scrutinized in details. As a result, this paper reports on the results of an experimental investigation on shear strengthening of RC beams using near surface mounted (NSM) FRP reinforcing bars. The main objective of the experimentation was increasing the efficiency of shear retrofits by precluding/postponing the premature debonding failure. The experimental program was comprised of six shear deficient RC beams. The test parameters include the FRP rebar spacing, inclination angle, and groove shape. Also, an innovative modification was introduced to the conventional NSM technique and its efficiency was evaluated by experimental observation and measurement. The results testified the efficiency of glass FRP (GFRP) rebars in increasing the shear strength of the test specimens retrofitted using conventional NSM technique. However, debonding of FRP bars impeded exploiting all retrofitting advantages and induced a premature shear failure. On the contrary, application of the proposed modified NSM (MNSM) technique was not only capable of preventing the premature debonding of FRP bars, but also could replace the failure mode of specimen from the brittle shear to a ductile flexural failure which is more desirable.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.3
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pp.36-41
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2011
This study proposes a experimental method to evaluate bonding strength of FRPs used for retrofitting concrete structures. Specimens are designed so that debonding failure of FRPs can be induced from reinforced concrete beams retrofitted with two layers of carbon and glass FRPs. And three-point loading tests are performed to see if debonding failure with proper debonding strength is observed from the specimens. The test results show that the tested beams are failed due to debonding of FRPs, therefore, the proposed test method is capable of evaluating debonding strength of FRPs using relatively small normal strength concrete beams.
A simple closed-form solution to calculate the interfacial shear and normal stresses of retrofitted concrete beam strengthened with thin composite plate under mechanical loads including the creep and shrinkage effect has been presented in this paper. In such plated beams, tensile forces develop in the bonded plate, and these have to be transferred to the original beam via interfacial shear and normal stresses. Consequently, debonding failure may occur at the plate ends due to a combination of high shear and normal interfacial stresses. These stresses between a beam and a soffit plate, within the linear elastic range, have been addressed by numerous analytical investigations. Surprisingly, none of these investigations has examined interfacial stresses while taking the creep and shrinkage effect into account. In the present theoretical analysis for the interfacial stresses between reinforced concrete beam and a thin composite plate bonded to its soffit, the influence of creep and shrinkage effect relative to the time of the casting, and the time of the loading of the beams is taken into account. Numerical results from the present analysis are presented both to demonstrate the advantages of the present solution over existing ones and to illustrate the main characteristics of interfacial stress distributions.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.6
s.58
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pp.115-125
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2009
In these days, carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) have been widely used for retrofitting and/or strengthening structural elements. However, there are not enough test data to predict the long-term performance of the retrofitted structures exposed to freeze-thawing cycles. This paper presents the results of experimental program undertaken to investigate the effects of freeze-thawing cycling (from-18 to $4^{\circ}C) on the behavior and failure characteristics of reinforced concrete (RC) beams strengthened in shear with CFRP sheet and plate using acoustic emission (AE) technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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