This paper reports part of a comprehensive research study conducted at the University of Queensland on the ability of CFRP web-bonded systems in strengthening an exterior beam-column joint subjected to monotonic loads. One 1/2.2 scaled plain and four CFRP repaired/retrofitted joints subjected to monotonic loads were analysed using the nonlinear finite-element program ANSYS and the results were calibrated against experiments. The ANSYS model was employed in order to account for tension stiffening in concrete after cracking and a modified version of the Hognestad's model was used to model the concrete compressive strength. The stress-strain properties of main steel bars were modelled using multilinear isotropic hardening model and the FRPs were modelled as anisotropic materials. A perfect bond was assumed as nodes were shared between adjacent elements irrespective of their type. Good agreement between the numerical predictions and the experimental observation of the failure mechanisms for all specimens were observed. Closeness of these results proved that the numerical analysis can be used by design engineers for the analysis of web-bonded FRP strengthened beam-column joints with confidence.
This paper presents a numerical model developed to evaluate the load-deflection and moment-curvature relationship for concrete beams strengthened externally with four different Fiber Reinforced Polymer (FRP) composite systems. The developed model considers the inelastic behavior of concrete section subjected to a combined axial force and bending moment. The model accounts for tensile strength of concrete as defined by the modulus of rupture of concrete. Based on the adopted material constitutive relations, the model evaluates the sectional curvature as a function of the applied axial load and bending moment. Deflections along the beam are evaluated using a finite difference technique taking into account support conditions. The developed numerical technique has been tested on a cantilever beam with a transverse load applied at its end. A study of the behavior of the beam with tension reinforcement compared to that with FRP areas giving an equivalent ultimate moment has been carried out. Moreover, cracking of the section in the tensile region at ultimate load has also been considered. The results indicated that beams reinforced with FRP systems possess more ductility than those reinforced with steel. This ductility, however, can be tuned by increasing the area of FRP or by combining different FRP layers.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.73-74
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2010
The objective of this research is to improve the flexural capacity of RC Beams. To delay prematured tension failure of concrete specimen and to improve flexural capacity of RC beam by increasing the contribution of FRP strengthening plates, a method for inserting a laminate to the interface between concrete and FRP materials. This method makes it possible to increase overall flexural performance of RC beam by FRP plate compared to normal RC beams and RC beam strengthened by bonded FRP plates. The new bonding technique is applicable to all types of reinforcement available FRP laminate, and in principle is also applicable to materials other than FRP.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.1
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pp.29-36
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2024
The paper presents the experimental investigation of RC beams retrofitted with Textile Reinforced Mortar (TRM), featuring enhanced bond capacity. Anchoring systems, including an extension of retrofitting length and the use of chemical anchors, are newly employed to improve the structural performance of the RC beam retrofitted with TRM. For the experimental investigation, a total of seven shear-critical RC beams, with and without stirrups, were designed and constructed. The structural behaviors of specimens retrofitted with the proposed TRM methods were compared to those of non-retrofitted specimens or specimens strengthened with conventional TRM methods. Crack pattern, force-displacement relationship, and absorbed energy were evaluated for each specimen. The experimental results indicate a significant improvement in the shear capacity of the RC beam with the proposed retrofitting method. Therefore, it is concluded that the application of an extended retrofitting length and chemical anchors to the TRM retrofitting method can effectively enhance the bond capacity of TRM, thereby improving the shear performance of RC beams.
Seo, Soo-Yeon;Yun, Hyun-Do;Choi, Chang-Sik;Choi, Ki-Bong
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.2
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pp.181-190
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2005
The objective of this work is to study the flexural strengthening effectiveness of Carbon Fiber Mesh (CFM) in reinforced concrete beams. Flexural strengthening for a simply supported reinforced concrete (RC) beam using CFM is developed by bonding CFM to the soffit of the beam. In this experimental program, five medium-sized reinforced concrete beams strengthened with CFM are tested in bending to evaluate reinforcing effects of the CFM. The beams are designed to have high shear capacity so that expected dominant failure mode of specimens is bending. The reinforcing effect of CFM is small at crack initiation, but is considerable in flexural rigidity of the beam after crack initiation. In comparing the behaviors of strengthened and virgin beams each other, it is shown that the strength of RC beams can be enhanced by attaching CFM. A fairly good agreement between the measured values and the calculated ones is obtained at both the cracking strength and yield strength of the strengthened beams.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.5
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pp.233-241
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2020
This paper is to investigate the retrofitting effect for a non-seismic reinforced concrete frame strengthened by perimeter steel moment frames with indirect integrity, which ameliorates the problems of the direct integrity method. To achieve this, first, full-scale tests were conducted to address the structural behavior of a two-story non-seismic reinforced concrete frame and a strengthened frame. The non-seismic frame showed a maximum strength of 185 kN because the flexural-shear failure at the bottom end of columns on the first floor was governed, and shear cracks were concentrated at the beam-column joints on the second floor. The strengthened frame possessed a maximum strength of 338 kN, which is more than 1.8 times that of the non-seismic specimen. A considerable decrease in the quantity of cracks for the strengthened frame was observed compared with the non-seismic frame, while there was the obvious appearance of the failure pattern due to the shear crack. The lateral-resisting capacity for the non-seismic bare frame and the strengthened frame may be determined per the specified shear strength of the reinforced columns in accordance with the distance to a critical section. The effective depth of the column may be referred to as the longitudinal length from the border between the column and the foundation. The lateral-resisting capacity for the non-seismic bare frame and the strengthened frame may be reasonably determined per the specified shear strength of the reinforced columns in accordance with the distance to a critical section. The effective depth of the column may be referred to as the longitudinal length from the border between the column and the foundation. The proposed method had an error of about 2.2% for the non-seismic details and about 4.4% for the strengthened frame based on the closed results versus the experimental results.
New strengthening method based on Near Surface Mounted technique (NSM) is suggested, which can overcome the brittle nature of failure inherent to those reinforced concrete beams strengthened with FRP composite materials. The suggested technique secures ductile failure of reinforced concrete beams by having the strengthening Hybrid FRP rebars unbonded in parts. Experiments were performed in order to compare structural behaviors of strengthened beams with and without unbending along the Hybrid FRP rebars. Test results showed that only those beams strengthened by partially unbonded NSM failed in ductile manner. Theoretical expressions were derived for the minimum unbonded length of Hybrid FRP rebars with which ultimate strength of the reinforced concrete beam with partially unbonded NSM could be reached. The suggested partially unbonded NSM technique is expected to significantly improve the structural behavior of the strengthened beam with FRP composite materials.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.1
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pp.845-852
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2015
This study examined the flexural strength of CFS reinforced concrete beams with various load histories. The RC beams to be reinforced by CFS have undergone various loading histories but neglecting the loading history results in a few problems in structural safety and cost. Structural behavior of CFS-strengthened RC beams were analyzed considering the strain status of RC beams under loads at the time of CFS strengthening. Nonlinear section analysis showed that the flexural strength of CFS-strengthened RC beams depends on the load history of the RC beams. From the result of this analysis, the flexural strength of a CFS-strengthened concrete beam is affected considerably by the load history and should be considered in CFS reinforcement.
Unlike external bonded steel plate or carbon fiber, the external unbonded strengthening using hi-strength bar has some advantages in speed and simplicity of installation. It is not required surface preparations and not affected by environmental conditions. A set of nine laboratory tests on RC beams strengthened using the hi-tension bars are reported. Anchoring pin developed in former research is installed at the end of beam to connect the hish-tension bar to RC beam. The test results strengthened by hi-tension bars are compared with those of non-strengthened specimens. The main test parameters are the cross-sectional area of the high-tension bar, distance of stirrups and condition of supports. Test results show that the beams reinforced are superior to reference specimens, especially for the strength and deformation capacity. Also, shear resisting effect of hi-strength bar can be confirmed in the specimens which have lack of stirrups.
An effective method was proposed in this study which can improve the strengthening effect of continuous girder bridges by external tendons. The improvement of the proposed strengthening method in comparison with conventional methods was analyzed by applying equivalent load concept. In order to verify the strengthening effect, the enhancement of load-carrying capacity achieved by external prestressing was investigated through the test of continuous beams that were or were not strengthened by the external prestressing. The continuous beams were fabricated by making the deck slab continuous according to general construction practice of an actual concrete girder bridge. The test results showed that the deflections and strains of the strengthened beam were significantly reduced when comparing with those of the non-strengthened beam for the same level of external loads, and the stiffness of the member increased by strengthening. In particular, it was verified that the proposed method can effectively reduce the tensile stresses of the deck caused by negative moment at the intermediate supports of a continuous bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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