Strengthening of existing concrete structures is a major concern in recent years as the number of degraded structures increases. The purpose of this paper is to investigate the static and fatigue behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened with steel plates. To this end, a comprehensive test program has been set up and many series of strengthened beams have been tested. The major test variables include the plate thickness, adhesive thickness, and the shear-span to depth ratio. The test results indicate that the separation of plates is the dominant failure mechanism even for the full-span-length strengthened beams with steel plate. The theoretical ultimate load capacities for strengthened beams based on the full composite action of concrete beam and steel plate are found to be larger than the actual measured load capacities. The strengthened beams exhibit more dominant shear cracking as the shear-span to depth ratio decreases. The ultimate capacity of strengthened beams increases slightly with the increase of adhesive thickness, which may be caused by the late initiation of plate separation in the beams with thicker adhesive. A realistic concept of ductility for plate-strengthened beams is proposed in this study. It is seen that the strengthened beams show relatively low ductility compared with unstrengthened beams. The present study indicates that the strengthened beams exhibit much higher fatigue resistance than the unstrengthened beams. The increase of deflections of strengthened beams according to the number of load cycles is much smaller than that of unstrengthened beams. The present study provides very useful results for the realistic application of plate-strengthening method in reinforced concrete structures.
Concrete is a attractive construction material, however durability problem occur due to steel corrosion, which leads propagation to structural safety problem. The recently developed FRP (Fiber Reinforced Plastic) Hybrid Bar has an engineering merit of both structural steel and FRP. Accelerated corrosion test for RC (Reinforced Concrete) samples with normal steel and FRP Hybriud Bar are performed and their flexural capacity is evaluated. Furthermore UV(Ultrasonic Velocity) measurement is attempted for analysis of variation of UV due to corrosion condition. After corrosion test, there is no significant reduction in RC beam with FRP hybrid bar but 11.5% of reduction in the case of normal steel is evaluated with 3.3% of UV reduction. For commercial production of FRP hybrid bar, bond strength evaluation through long-term submerged corrosion is required.
This paper presents the analysis of intermediate crack-induced (IC) debonding failure loads for reinforced concrete (RC) beams strengthened with adhesively-bonded fiber-reinforced polymer (FRP) plates or sheets. The analysis consists of the energy release and simple ACI methods. In the energy release method, a fracture criterion is employed to predict the debonding loads. The interfacial fracture energy that indicates the resistance to debonding is related to the bond-slip relationships obtained from the shear test of FRP-to-concrete bonded joints. The section analysis that considers the effect of concrete's tension stiffening is employed to develop the moment-curvature relationships of the FRP-strengthened sections. In the ACI method, the onset of debonding is assumed when the FRP strain reaches the debonding strain limit. The tension stiffening effect is neglected in developing a moment-curvature relationship. For a comparison purpose, both methods are used to numerically investigate the effects of relevant parameters on the IC debonding failure loads. The results show that the debonding failure load generally increases as the concrete compressive strength, FRP reinforcement ratio, FRP elastic modulus and steel reinforcement ratio increase.
Chalioris, Constantin E.;Voutetaki, Maristella E.;Liolios, Angelos A.
Earthquakes and Structures
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v.19
no.1
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pp.29-44
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2020
The effectiveness and the sensitivity of a Wireless impedance/Admittance Monitoring System (WiAMS) for the prompt damage diagnosis of two single-storey single-span Reinforced Concrete (RC) frames under cyclic loading is experimentally investigated. The geometrical and the reinforcement characteristics of the RC structural members of the frames represent typical old RC frame structure without consideration of seismic design criteria. The columns of the frames are vulnerable to shear failure under lateral load due to their low height-to-depth ratio and insufficient transverse reinforcement. The proposed Structural Health Monitoring (SHM) system comprises of specially manufactured autonomous portable devices that acquire the in-situ voltage frequency responses of a network of twenty piezoelectric transducers mounted to the RC frames. Measurements of external and internal small-sized piezoelectric patches are utilized for damage localization and assessment at various and increased damage levels as the magnitude of the imposed lateral cycle deformations increases. A bare RC frame and a strengthened one using a pair of steel crossed tension-ties (X-bracing) have been tested in order to check the sensitivity of the developed WiAMS in different structural conditions since crack propagation, damage locations and failure mode of the examined frames vary. Indeed, the imposed loading caused brittle shear failure to the column of the bare frame and the formation of plastic hinges at the beam ends of the X-braced frame. Test results highlighted the ability of the proposed SHM to identify incipient damages due to concrete cracking and steel yielding since promising early indication of the forthcoming critical failures before any visible sign has been obtained.
Kim, Min-Jae;Lee, Kang-Hyup;Shin, Won-Sang;Son, Chang-Baek
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2014.05a
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pp.34-35
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2014
When various construction types of architectural construction are proceeded in order, the reinforced concrete construction is the frame construction which takes up the most important proportion among the construction process. Thus, the analysis of the effectiveness and productivity of the reinforced concrete construction is necessarily needed for smooth performance of construction projects. However, the conventional studies are performing the analysis of the productivity of only part(mould and steel) of the reinforced concrete construction and they have limitation in that they do not propose quantitatively the overall productivity of reinforced concrete construction.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1993.10a
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pp.131-138
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1993
To analysis machanical behavior for RC frame under monotonic & Cyclic load, it is needed to investigate elasto-plastic behavior for steel & concrete. Therefore, in this study, we idealized material model(steel and concrete) to take into account elasto-plastic, limit state, and developed structural analysis program that consider complex non-linearity. We investigated simple beam and portal frame under cyclic & monotonic loading, so we confirmed the propriety.
Nassif, Nadia;Al-Sadoon, Zaid A.;Hamad, Khaled;Altoubat, Salah
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.5
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pp.671-680
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2022
The shear capacity of beams is an essential parameter in designing beams carrying shear loads. Precise estimation of the ultimate shear capacity typically requires comprehensive calculation methods. For steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams, traditional design methods may not accurately predict the interaction between different parameters affecting ultimate shear capacity. In this study, artificial neural network (ANN) modeling was utilized to predict the ultimate shear capacity of SFRC beams using ten input parameters. The results demonstrated that the ANN with 30 neurons had the best performance based on the values of root mean square error (RMSE) and coefficient of determination (R2) compared to other ANN models with different neurons. Analysis of the ANN model has shown that the clear shear span to depth ratio significantly affects the predicted ultimate shear capacity, followed by the reinforcement steel tensile strength and steel fiber tensile strength. Moreover, a Genetic Algorithm (GA) was used to optimize the ANN model's input parameters, resulting in the least cost for the SFRC beams. Results have shown that SFRC beams' cost increased with the clear span to depth ratio. Increasing the clear span to depth ratio has increased the depth, height, steel, and fiber ratio needed to support the SFRC beams against shear failures. This study approach is considered among the earliest in the field of SFRC.
The use of fiber-reinforced polymer (FRP) reinforcing bars in concrete structures has been increased as an alternative of steel reinforcement which has shown greater vulnerability to corrosion problem. However, the long-term performance of concrete members with FRP reinforcement is still questioned in comparison to the used of steel reinforcement. This study presents the results of an experimental study on the long-term behaviors of GFRP (glass fiber reinforced polymer) bar reinforced concrete beams after exposed to accelerated aging in an environmental chamber with temperature of $46^{\circ}C$ ($115^{\circ}F$) and 80% of relative humidity up to 300 days. The objectives of this research was to compare strength degradation and change of ductility between GFRP reinforced concrete beams and steel reinforcement beams after accelerated aging. Two types (wrapped and sand-coated surface) of GFRP bars and steel were reinforced. in concrete beams. Test results show that the failure modes of GFRP bar reinforced concrete beams are very similar with traditional RC beams, and the change of load-carrying capacity of steel reinforcing concrete beam is greater than that of GFRP bar reinforcing concrete beam under the accelerated aging. Test result also shows that the use of GFRP reinforcing in concrete could be introduced more brittle failure than that of steel reinforcing for practical application. The deformability factor up to compression failures indicates no significant variation before and after exposure of accelerated aging.
Reinforced concrete (RC) moment frames are used as lateral seismic load resisting systems in mid- and high-rise buildings in different regions of the world. Based on the seismic design provisions and construction details presented in design codes, RC frames with different levels of ductility (ordinary, intermediate, and special) can be designed and constructed. In Iran, there are RC buildings with various uses which have been constructed based on different editions of design codes. The seismic performance of RC structures (particularly moment frames) in real seismic events is of great importance. In this paper, the observations made on damaged RC moment frames after the destructive Sarpol-e Zahab earthquake with a moment magnitude of 7.3 are reported. Different levels of damage from the development of cracks in the structural and non-structural elements to the total collapse of buildings were observed. Furthermore, undesirable failure modes which are not expected in ductile seismic-resistant buildings were frequently observed in the damaged buildings. The RC moment frames built based on the previous editions of the design codes showed partial or total collapse in this seismic event. The extensive destruction of RC moment frames compared with the other structural systems (such as braced steel frames and confined masonry buildings) was attributed not only to the deficiencies in the construction practice of these buildings but also to the design procedure. In addition, the failure and collapse of masonry infills in RC moment frames were frequent modes of failure in this seismic event. In this paper, the main reasons related to design practice which led to extensive damage in the RC moment frames and their collapse are addressed.
Shomali, Amir;Mostofinejad, Davood;Esfahani, Mohammad Reza
Advances in concrete construction
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v.8
no.2
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pp.145-154
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2019
The present experimental study addresses the structural response of reinforced concrete (RC) beams strengthened in shear. Thirteen RC beams were divided into four different sets to investigate the effect of transverse and longitudinal steel reinforcement ratios, concrete compressive strength change and orientation for installing carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) laminates. Then, we employed a shear strengthening solution through externally bonded reinforcement in grooves (EBRIG) and externally bonded reinforcement (EBR) techniques. In this regard, rectangular beams of $200{\times}300{\times}2000mm$ dimensions were subjected to the 4-point static loading condition and their load-displacement curves, load-carrying capacity and ductility changes were compared. The results revealed that using EBRIG method, the gain percentage augmented with the increase in the longitudinal reinforcement ratio. Also, in the RC beams with stirrups, the gain in shear strength decreased as transverse reinforcement ratio increased. The results also revealed that the shear resistance obtained by the experimental tests were in acceptable agreement with the design equations. Besides, the results of this research indicated that using the EBRIG system through vertical grooves in RC beams with and without stirrups caused the energy absorption to increase about 85% and 97%, respectively, relative to the control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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