Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.44
no.3
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pp.73-84
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2002
Nominal shear strength of concrete beam is the combined strength of concrete shear strength and steel shear strength in current design code. But Torsional moment strength of concrete is neglected in calculation of the nominal torsional moment strength of reinforced concrete beam in current revised code. Tensile stress of concrete strut between cracks is still in effect due to tension stiffening effect. But the tensile stresses of concrete after cracking are neglected in bending and torsion in design. The torsional behavior is similar to the shear behavior in mechanics. Therefore the torsional moment strength of concrete should be concluded to the nominal torsional moment strength of reinforced concrete beam. To verify the validity of the proposed model, the nominal torsional moment strengths according to CEB, two ACI codes(89, 99) and proposed model are compared to experimental torsional strengths of 55 test specimens found in literature. The nominal torsional moment strengths by the proposed model show the best results.
This paper discusses the applicability of Acoustic Emission (AE) to assess the damage in reinforced concrete (RC) structures subjected to complex dynamic loadings such as those induced by earthquakes. The AE signals recorded during this type of event can be complicated due to the arbitrary and random nature of seismicity and the fact that the signals are highly contaminated by many spurious sources of noise. This paper demonstrates that by properly filtering the AE signals, a very good correlation can be found between AE and damage on the RC structure. The basic experimental data used for this research are the results of fourteen seismic simulations conducted with a shake table on an RC slab supported on four steel columns. The AE signals were recorded by several low-frequency piezoelectric sensors located on the bottom surface of the slab. The evolution of damage under increasing values of peak acceleration applied to the shake table was monitored in terms of AE and dissipated plastic strain energy. A strong correlation was found between the energy dissipated by the concrete through plastic deformations and the AE energy calculated after properly filtering the signals. For this reason, a procedure is proposed to analyze the AE measured in a RC structure during a seismic event so that it can be used for damage assessment.
Most of the recent studies have improved the efficiency of FRP jackets for increasing the compressive strength, shear strength, and ductility of reinforced concrete columns; however, the influence of FRP jackets on the flexural capacity is slight. Although new methods such as NSM (near surface mounted) are utilized to solve this problem, yet practical difficulties, behavior dependency on adhesives, and brittle failure necessitate finding better methods. This paper presents the results of an experimental study on the application of fiber-reinforced polymer fastened mechanically to the concrete columns to improve the flexural capacity of RC columns. For this purpose, mechanical fasteners were used to achieve the composite behavior of FRP and concrete columns. The experimental program included five reinforced concrete columns retrofitted by different methods using FRP subjected to constant axial compression and lateral cyclic loading. The experimental results showed that the use of the new method proposed in this paper increased the flexural strength and lateral load capacity of the columns significantly, and good composite action of FRP and RC column was achieved. Moreover, the experimental results were compared with the results obtained from the analytical study based on strain compatibility, and good proximity was reached.
El-Mahdya, Osama O.;Hamdy, Gehan A.;Hisham, Mohammed
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.5
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pp.673-689
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2021
This paper addresses the efficiency of thermal insulation layers applied to protect structural elements strengthened by fiber-reinforced polymers (FRP) in the case of fire event. The paper presents numerical modeling and nonlinear analysis of reinforced concrete (RC) columns externally strengthened by FRP and protected by thermal insulation layers when subjected to elevated temperature specified by standard fire tests, in order to predict their residual capacity and fire endurance. The adopted numerical approach uses commercial software includes heat transfer, variation of thermal and mechanical properties of concrete, steel reinforcement, FRP and insulation material with elevated temperature. The numerical results show good agreement with published results of full-scale fire tests. A parametric study was conducted to investigate the influence of several variables on the structural response and residual capacity of insulated FRP-confined columns loaded by service loads when exposed to fire. The residual capacity of FRP-confined RC column was affected by concrete grade and insulation material and was shown to improve substantially by increasing the concrete cover and insulation layer thickness. By increasing the VG insulation layer thickness 15, 32, 44, 57 mm, the loss in column capacity after 5 hours of fire was 30%, 13%, 7% and 5%, respectively. The obtained results demonstrate the validity of the presented approach for estimation of fire endurance and residual strength, as an alternative for fire testing, and for design of fire protection layers for FRP-confined RC columns.
Li, Ling;Lee, Jin Young;Min, Kyung Hwan;Yoon, Young Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.1
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pp.37-45
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2013
In this study, the resistance of various reinforced concrete (RC) slabs subjected to contact detonation was assessed. In order to enhance the blast resistance, fibers and external FRP sheets were reinforced to RC slabs. In the experiment, the $2,000{\times}1,000{\times}100mm$ sized RC slabs were fabricated using normal concrete (NC), steel fiber reinforced concrete (SFRC), polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite (PVA FRCC), and ultra-high performance cementitious composites (UHPCC). The damage levels of RC slabs subjected to contact detonation were evaluated by measuring the diameter and depth of crater, spall and breach. The experimental results were compared to the analyzed data using LS-DYNA program and three different prediction equations. The diameter and depth of crater, spall and breach were able to be predicted using LS-DYNA program approximately. The damage process of RC slabs under blast load was also well expressed. Three prediction equations suggested by other researchers had limitations to apply in terms of empirical approaches, therefore it needs further research to set more analytical considerations.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10b
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pp.1031-1036
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2000
In this study, a numerical simulation that can effectively predict the strengthening effect of repaired aged RC structures is developed using the axial deformation link elements. In repaired structures, concrete and interface are modeled as quasi-brittle materials. An elastic-perfectly plastic constitutive relationship is introduced for reinforcing bars. Also, a linear-elastic relationship for repair materials such as FRP or CFS. Structural deterioration in terms of corrosion of steel rebar is considered. The interfacial property between steel and concrete which is reduced by corrosion of steel rebar is obtained by comparing numerical results with experimental results of pull out tests. Obtained values are used in repaired reinforced concrete structures under flexural loading conditions. To investigate strengthening effect of the structures repaired with carbon fiber sheet(CFS), repaired and unrepaired RC structures are analyzed numerically. From analysis, rip-off, debonding and rupture failure mechanisms of interface between substrate and CFS can be determined. Finally, strengthening effect according to the variation of interfacial material properties is investigated, and it is shown that interfacial material properties have influence on the mechanical behavior of repaired structure systems Therefore, the developed numerical method using axial deformation link elements can use for determining the strengthening effects and failure mechanism of repaired aged RC structure.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1995.10a
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pp.355-360
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1995
A series of 15 reinforced concrete beams was tested to evaluate the flexural performance of the repaired RC beams. the key parameters for this study were the repair materials, polymer/cementitious materials, in addition to the strengthening material, steel plates and carbon fiber sheets. The repaired specimens failed by a typical flexural mode. showing minor interface failure. The results show that epoxy, polyester resins and latex modified cementitous mortars are effective for repairing the concrete beams. However, the flexural preformance of the strengthened beams are varied depending on the repaired materal.
The objective of this study is to devise an alternative strengthening method to the ones available in the literature. So, external steel members were used to enhance both flexural and shear capacities of reinforced concrete (RC) beams having insufficient shear capacity. Two types of RC beams, one without stirrups and one with lacking stirrups, were prepared in the study. These beams were strengthened with external steel clamps devised by the authors and with external longitudinal reinforcements. Although the use of clamps alone didn't have a significant effect on the load carrying capacity of the tested beams, the ductility increased approximately tenfold and the failure behavior changed from brittle to ductile. Although the use of clamps and longitudinal reinforcements together did not significantly increase the ductility of the beams, it approximately doubled their load capacities. The results of the experimental study were compared to the ones obtained from nonlinear finite element analysis (NLFEA) and it was observed that they were compatible. Finally, it can be concluded that the devised method could be applied to structural members as an alternative to methods in application due to lightness, low-cost, easy applicable and reliable.
Shear failure and core concrete crushing at plastic hinge region are the two main failure modes of bridge piers, which can make repair impossible and cause the collapse of bridge. To avoid the two types of failure of pier, a composite pier was proposed, which was formed by embedding high strength concrete filled steel tubular (CFT) column in reinforced concrete (RC) pier. Through cyclic loading tests, the seismic performances of the composite pier were studied. The experimental results show that the CFT column embedded in composite pier can increase the flexural strength, displacement ductility and energy dissipation capacity, and decrease the residual displacement after undergoing large deformation. The analytical analysis is performed to simulate the hysteretic behavior of the composite pier subjected to cyclic loading, and the numerical results agree well with the experimental results. Using the analytical model and time-history analysis method, seismic responses of a continuous girder bridge using composite piers is investigated, and the results show that the bridge using composite piers can resist much stronger earthquake than the bridge using RC piers.
The shear contribution of transverse steel in reinforced concrete beams is generally assumed as independent of the concrete strength by most of the building codes. The shear strength of RC beams with web reinforcement is worked out by adding the individual contributions of concrete and stirrups. In this research 70 beams of medium strength concrete in the range of 52-54 MPa, compressive strength were tested in two sets of 35 beams each. In one set of 35 beams no web reinforcement was used, whereas in second set of 35 beams web reinforcement was used to check the contribution of stirrups. The values have also been compared with the provisions of ACI, Eurocode and Japanese Code building codes. The results of two sets of beams, when compared mutually and provisions of the building codes, showed that the shear strength of beams has been increased with the addition of stirrups for all the beams, but the increase is non uniform and irregular. The comparison of observed values with the provisions of selected codes has shown that EC-02 is relatively less conservative for low values of longitudinal steel, whereas ACI-318 overestimates the shear strength of RC beams at higher values of longitudinal steel. The Japanese code of JSCE has given relatively good results for the beams studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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