Oehlers, Deric John;Hasketta, Matthew;Mohamed Ali, M.S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.38
no.6
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pp.697-714
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2011
Assessing the ductility of reinforced concrete sections and members has been a complex and intractable problem for many years. Given the complexity in estimating ductility, members are often designed specifically for strength whilst ductility is provided implicitly through the use of ductile steel reinforcing bars and by ensuring that concrete crushing provides the ultimate limit state. As such, the empirical hinge length and neutral axis depth approaches have been sufficient to estimate ductility and moment redistribution within the bounds of the test regimes from which they were derived. However, being empirical, these methods do not have a sound structural mechanics background and consequently have severe limitations when brittle materials are used and when concrete crushing may not occur. Structural mechanics based approaches to estimating rotational capacities and rotation requirements for given amounts of moment redistribution have shown that FRP plated reinforced concrete (RC) sections can have significant moment redistribution capacities. In this paper, the concept of moment redistribution in beams is explained and it is shown specifically how an existing RC member can be retrofitted with FRP plates for both strength and ductility requirements. Furthermore, it is also shown how ductility through moment redistribution can be used to maximise the increase in strength of a member. The concept of primary and secondary hinges is also introduced and it is shown how the response of the non-hinge region influences the redistribution capacity of the primary hinges, and that for maximum moment redistribution to occur the non-hinge region needs to remain elastic.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.6
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pp.1-10
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2014
In this study, thirteen reinforced concrete beams, ground granulated blast furnace slag, replacing recycled coarse aggregate with PVA fiber (BSPG series) and recycled coarse aggregate with hybrid fiber ($BSPGR_1$, $BSPGR_2$ series), and standard specimen (BSS) were constructed and tested under monotonic loading. Experimental programs were carried out to improve and evaluate the Structural performance of such test specimens, such as the load-displacement, the failure mode, and the maximum load carrying capacity. All the specimens were modeled in 1/2 scale-down size. Test results showed that test specimens ($BSPGR_1$, $BSPGR_2$ series) was increased the compressive strength by 13%, the maximum load carrying capacity by 4~21% and the ductility capacity by 4~28% in comparison with the standard specimen (BSS). And the specimens ($BSPGR_1$, $BSPGR_2$ series) showed enough ductile behavior and stable flexural failure.
Mohabeddine, Anis I.;Eshaghi, Cyrus;Correia, Jose A.F.O.;Castro, Jose M.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.447-456
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2022
Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.
Journal of the Korean Institute of Educational Facilities
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v.19
no.4
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pp.21-28
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2012
This study proposes a procedure for evaluating the seismic performance and retrofit of a typical reinforced building (R/C) school buildings contructed in the 1980s. The procedure is derived from the Japanese Standard for Evaluation of Seismic Capacity of Existing Reinforced Concrete Buildings and Nonlinear Static Procedure (NSP) specified in Federal Emergency Management Agency (FEMA 356). In this study, the Japanese Standard was applied for evaluating the additionally required seismic performance in the existing school building. Cast-in-place (CIP) reinforced concrete infill walls and steel braces were used to seismically retrofit the existing school building located in the region of Hongsung in Chungnam. In the pushover analysis, i.e NSP, the hinge properties of columns, beams, infill walls and steel braces were carefully calibrated based on the existing experiment results in the available literatures. The predicted seismic performance for the retrofitted building was compared to that for the virgin building. Based on the seismic evaluation with the Japanese Standard and the FEMA 356 criteria, the addition of CIP reinforced concrete infill walls and steel braces have superior constructablility and can improve effectively the seismic performance of the existing school buildings constructed in 1980s.
The heritage value of the mixed wood-masonry 18th century Pombalino buildings of downtown Lisbon is recognized both nationally and internationally. The present paper focuses on the seismic assessment of global response and retrofitting of a typical Pombalino building by nonlinear static analyses, performed by the research software Tremuri, which is able to model 3D configurations. The structure is modelled using nonlinear beams for masonry panels, while in case of the internal walls (frontal walls) an original formulation has been developed in order to take into account their specific seismic behaviour. Floors are modelled as orthotropic membrane finite elements: this feature allows to simulate the presence of both flexible and rigid diaphragms, being the first ones more representative of the original state while the second ones of retrofitted configurations. Seismic assessment has been evaluated by applying nonlinear static procedure and comparing the performance of different configurations (by considering various retrofitting strategies). Finally, assuming a lognormal cumulative distribution, fragility curves are obtained to be representative of Pombalino buildings: the most important application of such curves is for seismic risk and loss estimation analyses.
Amir Masoumi Verki;Adolfo Preciado;Pegah Amiri Motlagh
Steel and Composite Structures
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v.46
no.5
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pp.591-609
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2023
In some buildings, the lateral structural response of steel framed buildings depends on the shear walls and it is very important to study the behavior of these elements under near-field seismic loads. The link beam in the opening of the shear wall between two wall plates is investigated numerically in terms of behavior and effects on frames. Based on the length of the beam and its bending and shear behavior, three types of models are constructed and analyzed, and the behavior of the frames is also compared. The results show that by reducing the length of the link beam, the base shear forces reduce about 20%. The changes in the length of the link beam have different effects on the degree of coupling. Increasing the length of the link beam increases the base shear about 15%. Also, it has both, a positive and a negative effect on the degree of coupling. The increasing strength of the coupling steel shear wall is linearly related to the yield stress of the beam materials, length, and flexural stiffness of the beam. The use of a shorter link beam will increase the additional strength and consequently improving the behavior of the coupling steel shear wall by reducing the stresses in this element. The link beam with large moment of inertia will also increase about 25% the additional strength and as a result the coefficient of behavior of the shear wall.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.41-49
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2014
In this study, experimental research was carried out to evaluate the structural performance of the reinforced concrete beam using hybrid retrofitting with two materials (groove and embedding FRP rod, CFRP sheet) in existing reinforced concrete buildings. Seven reinforced concrete beams, retrofitted groove and embedding FRP rod (NER series) and groove and embedding FRP rod with CFRP sheet (NERL series), and standard specimen (NBS) were constructed and tested under monotonic loading. Design parameters of test specimens are the amount of groove and embedding FRP rod and lapping CFRP sheet. Test results showed that the maximum load carrying capacity of specimens with groove and embedding FRP rod and groove and embedding FRP rod with CFRP sheet (NERL series) were increased the by 12~46% and 22~77% respectively in comparison with the standard specimen NBS. Test specimens NER series were failed with the adhesion slip and concrete cover separation. And test specimens NERL series were failed with the adhesion slip due to the confining effect of lapping CFRP sheet.
In this study, standoff detonation tests and static beam tests on $160{\times}290{\times}2200mm$ RC beams were conducted to investigate the effect of local damage on the flexural strength and ductility index. And also, blast resistance of RC beams strengthened with steel fiber and FRP sheet were evaluated by these tests. The standoff detonation tests were performed with charge weight of 1kg and standoff distance of 0.1m. After the tests, crater diameters and loss weights of specimens were measured to evaluate the local damage of specimens. Flexural strength and ductility index were measured by conducting the static beam tests on the damaged and undamaged specimens. As a test results, normal concrete specimen(NC) showed relatively large crater and spall diameters that caused weight loss of 23.5kg as a local damage. Whereas, steel fiber reinforced concrete specimen(SFRC) and FRP sheet retrofitted specimens(NC-F, NC-FS) showed higher blast resistance than NC by reducing crater size and weight loss. Flexural strength and ductility index were decreased in case of local damaged specimens by detonation. Especially, large decrease of flexural strength was shown in NC as compared with intact specimen and brittle failure was occurred due to buckling of compressive reinforcement. In case of specimens strengthened with steel fiber and FRP sheet, residual flexural strength and ductility index were increased as compared with NC. In these results, it is concluded that critical local damage can be occurred unless enough standoff distance can be assured even if the charge weight is small. and it is verified that strengthening method using steel fiber and FRP sheet can increase blast resistance.
Recently, various strengthening methods using carbon fiber sheets (CFS) have been developed for the rehabilitation of structures and applied to the concrete member. However, still research need arises in order to verify the structural capacity of RC member which experienced bond loss between concrete and CFS after strengthening. This is because previous research has focused on the development of design process and evaluation of structural capacity only for retrofit. The appearance of this loss may be initiated at just after retrofit construction. And it will be more serious when the layer number of CFS increases. In order to minimize above mistake in retrofit design using CFS, more exact evaluation process to predict the bond loss of CFS is required. The objective of this research is to study the variation of flexural structural capacity of beam which has experienced bond loss after strengthening using CFS. Experimental and analytical study are performed and evaluation of the previous formula is conducted. Test result showed that the significant strength deterioration was not found until the bond loss of 20%. Overall structural behavior of the beams can be predicted by nonlinear sectional analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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