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.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.75-80
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2001
This paper investigates the flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with externally bonded fiber reinforced plastic (FRP) sheets is investigated in this work. FRP is attractive for strengthening the RC beams due to its good tensile strength, low weight, resistance to corrosion, and easy applicability. A simple and direct analytical procedure for evaluating the ultimate flexural capacity of FRP strengthened reinforced concrete (SRC) beams is presented using the equilibrium equations and compatibility of strains. Upper and lower limits of FRP sheet area to ensure the ductile behavior are established. A parametric study is conducted to investigate the effects of design variables such as sheet area, sheet stiffness and strength, concrete compression strength, and steel reinforcement ratio. The analytical procedure is compared with results of experimental data available in the literature.
Kim, Jin-Su;Do, Jeong-Yun;Hun, Seung;Soh, Seung-Young;Soh, Yang-Seob
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05b
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pp.249-252
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2005
Chloride ingress is a common cause of deterioration of reinforced concrete structures. Modeling the chloride ingress is an important basis for designing reinforced concrete structures and for assessing the reliability of an existing structure. The modelling is also needed for predicting the deterioration of a reinforced structure. This paper presents an approach for the probabilistic modeling of the chloride-induced corrosion of reinforcement steel in concrete structures that takes into account the uncertainties in the physical models. The parameters of the models are modeled as random variables and the distribution of the corrosion time and probability of corrosion are determined by using Monte Carlo simulation. The predictions of the proposed model is very effective to do the decision-making about initiation time and deterioration degree.
Khagehhosseini, A.H.;Porhosseini, R.;Morshed, R.;Eslami, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.2
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pp.247-263
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2013
It is evident that torsional resistance of a reinforced concrete (RC) member is attributed to both concrete and steel reinforcement. However, recent structural design codes neglect the contribution of concrete because of cracking. This paper reports on the results of an experimental and numerical investigation into the torsional capacity of concrete beams reinforced only by longitudinal rebars without transverse reinforcement. The experimental investigation involves six specimens tested under pure torsion. Each specimen was made using a cast-in-place concrete with different amounts of longitudinal reinforcements. To create the torsional moment, an eccentric load was applied at the end of the beam whereas the other end was fixed against twist, vertical, and transverse displacement. The experimental results were also compared with the results obtained from the nonlinear finite element analysis performed in ANSYS. The outcomes showed a good agreement between experimental and numerical investigation, indicating the capability of numerical analysis in predicting the torsional capacity of RC beams. Both experimental and numerical results showed a considerable torsional post-cracking resistance in high twist angle in test specimen. This post-cracking resistance is neglected in torsional design of RC members. This strength could be considered in the design of RC members subjected to torsion forces, leading to a more economical and precise design.
The high strength materials have been more widely used in reinforced concrete structures because of the benefits of the mechanical and durable properties. Generally, it is known that the ductility decreases with an increase in the strength of the materials. In the design of a reinforced concrete beam, both the flexural strength and ductility need to be considered. Especially, when a reinforced concrete structure may be subjected an earthquake, the members need to have a sufficient ductility. So, each design code has specified to provide a consistent level of minimum flexural ductility in seismic design of concrete structures. Therefore, it is necessary to assess accurately the ductility of the beam sections with high strength materials in order to ensure the ductility requirement in design. In this study, the effects of concrete strength, yield strength of reinforcement steel and amount of reinforcement including compression reinforcement on the complete moment-curvature behavior and the curvature ductility factor of doubly reinforcement concrete beam sections have been evaluated and a newly prediction formula for curvature ductility factor of doubly RC beam sections has been developed considering the stress of compression reinforcement at ultimate state. Based on the numerical analysis results, the proposed predictions for the curvature ductility factor are verified by comparisons with other prediction formulas. The proposed formula offers fairly accurate and consistent predictions for curvature ductility factor of doubly reinforced concrete beam sections.
Asl, Mohammad Hossein Habashizadeh;Chenaglou, Mohammad Reza;Abedi, Karim;Afshin, Hassan
Steel and Composite Structures
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v.15
no.3
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pp.281-298
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2013
Composite special moment frame is one of the systems that are utilized in areas with low to high seismicity to deal with earthquake forces. Composite moment frames are composed of reinforced concrete columns (RC) and steel beams (S); therefore, the connection region is a combination of steel and concrete materials. In current study, a three dimensional finite element model of composite connections is developed. These connections are used in special composite moment frame, between reinforced concrete columns and steel beams (RCS). Finite element model is discussed as a most reliable and low cost method versus experimental procedures. Based on a tested connection model by Cheng and Chen (2005), the finite element model has been developed under cyclic loading and is verified with experimental results. A good agreement between finite element model and experimental results was observed. The connection configuration contains Face Bearing Plates (FBPs), Steel Band Plates (SBPs) enveloping around the RC column just above and below the steel beam. Longitudinal column bars pass through the connection with square ties around them. The finite element model represented a stable response up to the first cycles equal to 4.0% drift, with moderately pinched hysteresis loops and then showed a significant buckling in upper flange of beam, as the in test model.
Composite beams using bolts to attach steel plates to the side faces of existing reinforced concrete (RC) coupling beams can enhance both their strength and deformability. The behavior of those composite beams differs substantially from the behavior of typical composite beams made up of steel beams and concrete slabs. The former are subjected to longitudinal, vertical and rotational slips, while the latter only involve longitudinal slip. In this study, a mixed analysis method was adopted to develop the fundamental equations for accurate prediction of the load-carrying capacity of steel plate strengthened RC coupling beams. Then, a rigid plastic analysis technique was used to cope with the full composite effect of the bolt group connections. Two theoretical models for the determination of the strength of medium-length plate strengthened coupling beams based on mixed analysis and rigid plastic methods are presented. The strength of the strengthened coupling beams is derived. The vertical and longitudinal slips of the steel plates and the shear strength of the anchor-bolt connection group is considered. The theoretical models are validated by the available experimental results presented in a companion paper. The strength of the specimens predicted from the mixed analysis model is found to be in good agreement with that from the experimental results.
An, Gyeong-Hee;Seo, Jun-Ki;Cha, Sang-Lyul;Kim, Jin-Keun
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.261-267
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2018
Long-term deformation of a steel-reinforced concrete (SRC) column is different from that of a reinforced concrete (RC) column due to the different moisture distribution. Wide-flange steel in an SRC column obstructs diffusion and makes long-term deformation slower. Previous studies analyzed the characteristics of long-term deformation of SRC columns. In this study, an additional experiment is conducted to more precisely investigate the effect of wide-flange steel on the long-term deformation of SRC columns. Long-term deformation, especially creep of SRC columns with various types of wide-flange steel, is tested. Wide-flange steel for the experiment is made of thin acrylic panels that can block diffusion but does not have strength, because the main purpose of this study is to exclusively demonstrate the long-term deformation of concrete caused by moisture diffusion, not by the reinforcement ratio. Experimental results show that the long-term deformation of a SRC column develops slower than that in a RC column, and it is slower as the wide-flange steel hinders diffusion more. These experimental results can be used for analytical prediction of long-term deformation of various SRC columns. An example of the analytical prediction is provided. According to the experimental and analytical results, it is clear that a new prediction model for long-term deformation of SRC columns should be developed in further studies.
Chaoyang Zhou;Yanan Yu;Chengfeng Zhou;Xuejun He;Yi Wang
Steel and Composite Structures
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v.48
no.5
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pp.599-610
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2023
To avoid debonding failure, a novel type of hybrid anchorage (HA) is proposed in this study that uses a slotted plate to lock the ends of the fiber-reinforced polymer (FRP) sheet in addition to the usual bonding over the substrate of the strengthened member. An experimental investigation was performed on three groups of RC beams, which differed from one another in either concrete strength or steel reinforcement ratio. The test results indicate that the end self-locking of the CFRP sheet can improve the failure ductility, ultimate capacity of the beams and its utilization ratio. Although intermediate debonding occurred in all the strengthened beams, it was not a fatal mode of failure for the three specimens with end anchorage. Among them, FRP rupture occurred in the beam with higher concrete strength and lower steel reinforcement ratio, whereas the other two failed by concrete crushing. The beam strengthened by HA obtained a relatively high percentage of increase in ultimate capacity when the rebar ratio or concrete strength decreased. The expressions in the literature were inspected to calculate the critical loads at intermediate debonding, FRP rupturing and concrete crushing after debonding for the strengthened beam. Then, the necessity of further research is addressed.
Dynamic behaviours of reinforced concrete (RC) bending beams subjected to monotonic loading with different loading rates were studied. A dynamic experiment was carried out with the electro-hydraulic servo system manufactured by MTS (Mechanical Testing and Simulation) Systems Corporation to study the effect of loading rates on the mechanical behaviours of RC beams. The monotonic displacement control loading, with loading rates of 0.1 mm/s, 0.5 mm/s, 1 mm/s, 5 mm/s and 10 mm/s, was imposed. According to the test results, the effects of loading rates on the failure model and load-displacement curve of RC beams were investigated. The influences of loading rates on the cracking, ultimate, yield and failure strengths and displacements, ductility and dissipated energy capability of RC beams were studied. Then, the three-dimensional finite element models of RC beams, with the rate-dependent DP (Drucker-Prager) model of concrete and three rate-dependent model of steel reinforcement, were described and verified using the experimental results. Finally, the dynamic mechanical behaviours and deformation behaviours of the numerical results were compared with those of the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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