This paper aims to investigate the strength degradation of reinforced concrete piers wrapped with steel plates which corrode at the pier base by employing a three dimensional elasto-plastic finite element formulation. The prediction accuracy of the employed finite element analysis method is firstly verified by comparing the analytical results with test results. Then, a series of parametric studies is carried out to investigate the effects of steel plate's corrosion position along width direction, corrosion depth along plate thickness, corrosion range along width direction, and steel plate-concrete bonding degradation on the strength of the piers. It is observed that the strength degradation of the piers is closely related to steel plate's corrosion position, corrosion depth and corrosion range in the case of local corrosion on the webs. In contrast, when the base of flanges corrodes, the strength degradation of the piers is only related to steel plate's corrosion depth and corrosion range, and the influence of corrosion position on the strength degradation is very gentle. Furthermore, the strength of the piers decreases with the degradation of steel plate-concrete bonding behavior. Finally, the maximum strength of the piers obtained from numerical analysis corresponding to different bonding behavior is compared with theoretical results within an accepted error.
This paper attempts to extract the fundamental dynamic properties, i.e. natural frequencies, damping ratios of the 48 m-long, $20^{\circ}$ skewed real bridge with PSC girders wrapped by a steel plate. The forced vibration test is achieved by mounting 12 Hz-capacity of artificial oscillator on the top of bridge deck. The acceleration histories at the 9 different locations of deck surface are recorded using accelerometors. From this full-scaled vibration test, the two possible resonance frequencies are detected at 2.38 Hz and 9.86 Hz of the skewed bridge deck by sweeping a beating frequency up to 12 Hz. The absolute acceleration/energy exhibits much higher in case of higher-order twist mode, 9.86 Hz due to the skewness of bridge deck which leads asymmetric situation of vibration. This implies the test bridge is under swinging vertically in fundamental flexure mode while the bridge is also flickered up and down laterally at 9.86 Hz. This is probably by asymmetric geometry of skewed deck. A detailed 3D beam-shell bridge models using finite elements are performed under a series of train loads for modal dynamic analyses. Thereby, the effect of skewness is examined to clarify the lateral flickering caused by asymmetrical geometry of bridge deck.
Two-dimensional elastoplastic finite element formulation is employed to investigate the load- carrying capacity degradation of reinforced concrete piers wrapped with steel plates due to occurrence of corrosion at the pier base. By comparing with experimental results, the employed finite element analysis method is verified to be accurate. After that, a series of parametric studies are conducted to investigate the effect of corrosion ratio and corrosion mode of steel plates located near the base of in-service pier P2 on load-carrying capacity of the piers. It is observed that the load-carrying capacity of the piers decreases with the increase in corrosion ratio of steel plates. There exists an obvious linear relationship between the load-carrying capacity and the corrosion ratio in the case of even corrosion mode. The degradation of load-carrying capacity resulted from the web's uneven corrosion mode is more serious than that under even corrosion mode, and the former case is more liable to occur than the latter case in actual engineering application. Finally, the failure modes of the piers under different corrosion state are discussed. It is found that the principal tensile strain of concrete and yield range of steel plates are distributed within a wide range in the case of slight corrosion, and they are concentrated on the column base when complete corrosion occurs. The findings obtained from the present study can provide a useful reference for the maintenance and strengthening of the in-service piers.
Kim, Kwang-Soo;Kim, Jin-Yul;Kim, Sung-Hu;Park, Sun-Kyu
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.4
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pp.141-148
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2008
In the recent construction industry, Carbon Fiber Reinforced Polymers(CFRPs) have been highly considered as innovative strengthening materials for civil structures due to their superior material properties. This paper is to offer design data and strengthening efficiency of reinforced concrete beams strengthened with CFRP Plate. Static tests were carried out to evaluate failure modes and strengthening capacity. Displacements and strains of steel and CFRP plates were obtained and analyzed through a series of fatigue tests. Also, Those evaluated the energy dissipation. Results of the tests showed increase in strengthening ratios caused debonding failure at the end of beams. For the beams wrapped with CFRP sheets around the end of the plates, debonding failure mode that was induced from flexural cracks was indicated. Through the fatigue tests, it was observed that displacements, strains of steel and CFRP plates converged into certain values. It is also proved that the beams strengthened with CFRP plates are able to resist fatigue loading under serviceability.
Achillopoulou, Dimitra V.;Kiziridou, Alexandra N.;Papachatzakis, Georgios A.;Karabinis, Athanasios I.
Steel and Composite Structures
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v.22
no.6
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pp.1337-1358
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2016
The current study focuses on the assessment and interface response of reinforced concrete elements with composite materials (carbon fiber reinforced polymers-CFRPs, glass fiber reinforced polymers-GFRPs, textile reinforced mortars-TRM's, near surface mounted bars-NSMs). A description of the transfer mechanisms from concrete elements to the strengthening materials is conducted through analytical models based on failure modes: plate end interfacial debonding and intermediate flexural crack induced interfacial debonding. A database of 55 in total reinforced concrete columns (scale 1:1) is assembled containing elements rehabilitated with various techniques (29 wrapped with CFRP's, 5 wrapped with GFRP's, 4 containing NSM and 4 strengthened with TRM). The failure modes are discussed together with the performance level of each technique as well as the efficiency level in terms of ductility and bearing/ bending capacity. The analytical models' results are in acceptable agreement with the experimental data and can predict the failure modes. Despite the heterogeneity of the elements contained in the aforementioned database the results are of high interest and point out the need to incorporate the analytical expressions in design codes in order to predict the failure mechanisms and the limit states of bearing capacities of each technique.
This paper focus on the buckling restrained braces (BRBs) with new casing members (CMs). Seven BRBs with CMs consisting of precast concrete modules (PCMs) were tested to investigate the effects of CMs on the cyclic performance of BRBs. The PCMs consisted of plain and reinforced concrete casted into wooden or steel molds than they were located on the core plate (CP) via bolts. There were 14 or 18 PCMs on the CP for each BRBs. The technique of the PCMs for the CM provides that the BRBs can be constructed inside the steel or reinforced concrete (RC) structures. In this way, their applications may be rapid and practical during the application of the retrofitting. The test results indicated that the cyclic performance of the BRBs was dominated by the connection strength and confinement of the PCMs. The BRBs with PCMs wrapped with fiber reinforced polymers (FRPs) sustained stable hysteretic performance up to a CP strain of 2.0 %. This indicates that the new designed BRBs with PCMs were found to be acceptable in terms of cyclic performance. Furthermore, the connection details, isolation materials and their application techniques have been also investigated for the improved BRB design in this study.
Concrete filled steel tubular columns (CFT) are widely used in civil engineering works, especially in large scale of works because of high strength, deformation, toughness and so on. On the other hand, as a kind of strengthening measure for seriously damaged reinforced concrete piers of viaduct in Hansin-Awaji earthquake of Japan in 1995, reinforced concrete piers were wrapped with steel plate. Then, a new kind of structure appeared, that is, reinforced concrete filled steel tubular column (RCFT). In this paper, compression test and bending-shearing test on RCFT are carried out. The main parameters of experiments are (1) strength of concrete, (2) steel tube with or without rib, (3) width-thickness ratio and (4) arrangement of reinforcing bars. According to the experimental results, the effect of parameters on mechanical characteristics of RCFT is analyzed clearly. At the same time, strength evaluation formula for RCFT column is proposed and tested by experimental results and existed recommendations (AIJ 1997). The strength calculated by the proposal formula is in good agreement with test result. As a result, the proposed evaluation formula can evaluate the strength of RCFT column properly.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.77-80
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2008
Lap splices were located in the plastic hinge region of most bridge piers that were constructed before the adoption of the seismic design provision of Korea Highway Design Specification on 1992. This research aims at evaluating the seismic performance of reinforced concrete bridge piers with lap-spliced longitudinal steels, which were strengthened with prestressed steel jacket in the plastic hinge region. Quasi-static test was used to investigate the seismic performance enhancement of RC test specimens. Conventional method applied mortar grouting inside steel jacket, but this research did not apply mortar grouting inside steel plate. Four test specimens in an aspect of 3.5 were constructed with 400 mm in diameter and 1600 mm in height. Test parameters are the lap splice of longitudinal reinforcing steels and thickness of steel jacket.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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