CFRP strips manufactured in factory are produced normally with smaller width and larger thickness than CFRP sheets. By this reason, bonding force between CFRP strips and concrete substrate is not sufficient to sustain tensile force in CFRP strips. Therefore premature debonding failure cannot be avoided when strengthening is done by simply bonding the CFRP strips. The flexural strength of RC beam strengthened with CFRP strips must be calculated based on the effective strain considering debonding failure. This paper presents test results of an experimental study conducted to evaluate the flexural strength on RC beams strengthened with CFRP strips. 7 specimens were tested with respect to bond length and amount of CFRP strips. From the test results, it was indicated that the strain of the CFRP strips achieved at debonding failure can be decreased less than 6,000$\mu$ depending on the amount of CFRP strips.
In the present study, structural behavior of steel beams strengthened with CFRP strips and cables was investigated by a series of experiments. For this purpose, two groups of experimental studies were carried out: one for the beam series strengthened only with CFRP strips and the other for the steel beam series strengthened with CFRP strips and prestressed wires. From this test, it is found that the flexural stiffness and strength of the steel beams strengthened with CFRP strips and cables were significantly improved comparing to the un-strengthened one. Three failure modes such as sudden de-bonding, splitting and rupturing of CFRP strips were observed. The ultimate tensile strains of attached CFRP strips on the steel beams were noticed in the range between 8,000με and 11,000με, and this result disclose the perfect composite reaction CFRP strips and steel beams.
CFRP strips are widely used nowadays for repair/strengthening or capacity increase purposes. Sharp bending at the ends of the CFRP strips is frequently encountered at these applications. In this study, Reinforced Concrete (RC) beam specimens that were produced with 10 MPa compression strength concrete were strengthened by using bonded CFRP strips with end anchorages to tension region. The parameters that were investigated in this study are the width of the strip, the number of applied fan anchorages and whether additional layer of CFRP patch is used or not at the strip ends. Specimens were strengthened with 100 mm wide CFRP strips with one or two anchorages at the ends. In addition CFRP patch with two and three anchorages at the ends were tested for investigating the effect of the patches. Specimens that were strengthened with three anchorages at the ends with patches were repeated with 60 and 80 mm wide CFRP strips. The most successful result was obtained from the specimen that was strengthened with 80 mm wide CFRP strips with 3 end anchorages and patches among the others at the experimental program. The numbers of anchorages that were applied to ends of CFRP strips were more effective than the width of the CFRP strips onto strength and stiffness of the specimens. Due to limited space at the ends of the strips at most three anchorages could be applied.
In recent years, CFRP material usage in strengthening applications gradually became widespread. Especially, the studies on the strengthening of shear deficient reinforced concrete beams with CFRP strips are chosen as a subject to numerous experimental studies and research on this subject are increased rapidly. The most important variable, that is affected on the failure mode of CFRP strips and that is needed for determining the shear capacity of the strengthened reinforced concrete beams, is the strain distribution between CFRP strips and concrete. Numerous experimental studies are encountered in the literature about the determination of strain distribution between CFRP strips and concrete. However, these studies mainly focused on the CFRP strips under axial tension. There are very limited numbers of experimental and analytic studies examining the strain distribution between concrete and CFRP strips, which are under combined stresses due to the effects of shear force and bending moment. For this reason, existing experimental study in the literature is used as model for ANSYS finite element software. Nonlinear finite element analysis of RC beams strengthened against shear with CFRP strips under reverse cyclic loading is performed. The strain distributions between CFRP strips and concrete that is obtained from finite element analysis are compared with the results of experimental measurements. It is seen that the experimental results are consisted with the results derived from the finite element analysis and important findings on the strain distribution profile are reached by obtaining strain values of many points using finite element method.
The effectiveness of the use of modern repair schemes for the seismic retrofit of existing RC structures were assessed on a comparative experimental study of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) strips and sheets for the repair of reinforced concrete members of RC frames, damaged because of cyclic loading. Two virgin, single - story, one - bay, 1/3 - scale frame specimens were tested under cyclic horizontal loading, up to a drift level of 4%. Then, virgin specimens, B and F, respectively, were repaired and retested in the same way. One, specimen RB, was repaired with epoxy injections and CFRP strips and one, specimen RF, was repaired with epoxy injections and CFRP sheets. The two specimens are used to examine the differences between the structural behavior of frames repaired using CFRP strips and frames repaired using CFRP sheets. Both qualitative and quantitative conclusions, based on the observed maximum loads, loading and reloading stiffness, hysteretic energy absorption and failure mechanisms are presented and compared. The repaired frames recovered their strength, stiffness and energy dissipated reasonably. The use of CFRP sheets was found more effective than CFRP strips, due to the proper anchorage.
In this study, the flexural behaviors of one- and two-way reinforced concrete (RC) slabs strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) strips under impact loads were investigated. The flexural strengthening of RC slabs under simulated static monotonic loads has been comprehensively studied. However, the flexural behavior of RC slabs strengthened with CFRP strips has not been investigated extensively, particularly those conducted numerically. Nonlinear three-dimensional finite element models were developed, executed, and verified against previous experimental results, producing satisfactory models with approximately 4% error. The models were extended to a parametric study, considering three geometric parameters: the slab rectangularity ratio, CFRP strip width, and CFRP strip configuration. Finally, the main results were used to derive a new formula for predicting the total deflection of RC slabs strengthened with CFRP strips under impact loads with an error of approximately 10%. The proposed equation reflected the slab rectangularity, CFRP strip width, equivalent slab stiffness, and dropped weight. Results indicated that the use of CFRP strips enhanced the overall impact performance, the wider the CFRP width, the better the enhancement. Moreover, the application of diagonally oriented CFRP strips diminished the cracking zone compared to straight strips. Additionally, the diagonal orientation of CFRP strips was more efficient for two-way slabs while the vertical orientation was found to be better in the case of one-way slabs.
Experimental study has been performed in order to investigate the behavior of RC beams strengthened with externally bonded prestressed CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) strips. A total of 7 specimens have been manufactured of which specimens strengthened with bonded CFRP strips considering the level of prestress as experimental variable, and a specimen with simply bonded CFRP strips. The following phenomena have been observed through the experimental results. The specimen with simply bonded CFRP strips failed below 50$\%$ of its tensile strength due to premature debonding. On the other hand, all the specimens strengthened with prestressed CFRP strips showed sufficient strengthening performance up to the ultimate rupture load of the CFRP strips. Also, it was observed that the cracking loads and yield loads of the strengthened beams were increased proportionally to the prestress level, but the maximum loads were nearly equal regardless of the prestress level.
Carbon fiber reinforced polymer(CFRP) have superior mechanical and chemical properties in comparison with conventional materials. And post-tensioning method has been used for structural reinforcement of RC structures due to easy installation and good effect of resisting capacity of structures. But the higher cost of CFRP and the loss of prestressing force with time are considered the major problems to use it. In this study, CFRP Strips and external post tensioning for rehabilitation of old concrete structures were adapted and optimal combination of these methods is considered. A total of 17 concrete members were made and tested. The types and numbers of CFRP strips and post-tensioning types were selected as major test variables. From test results, it is shown that the concrete members that post tensioned and bonded CFRP strips has a pronounced effect on the strength and deformational behavior. This present study indicates that external temporally post tensioning can reduce the amount of CFRP strips required and the combination of temporally post tensioning and CFRP strips may meet the strength and ductility requirements of old structures.
Altin, Sinan;Anil, Ozgur;Toptas, Tolga;Kara, M. Emin
Steel and Composite Structures
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제11권3호
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pp.207-223
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2011
The results of an experimental investigation are presented in this paper for retrofitting of shear damaged reinforced concrete beams by using U shaped CFRP strips. The experimental program is consisted of seven shear deficient T cross sectioned 1/2 scale simply supported beam specimens. One beam was used as reference specimen, and the remaining six specimens were tested in two stages. At the first stage, specimens were shear damaged severely, and then were retrofitted by using CFRP strips with or without fan type anchorages. Finally, retrofitted beams were tested up to failure. Three different CFRP strip spacing were used such as 125 mm, 150 mm, and 200 mm. The effect of anchorages on shear strength and behavior of the retrofitted specimens is investigated. CFRP strips without anchorages improved the shear strength, but no flexural failure mode was observed. Specimens showed brittle shear failure due to peeling of CFRP strip from RC beam surface. Shear damaged specimens retrofitted with anchoraged CFRP strips showed improved shear strength and ductile flexural failure. Maximum strains at anchoraged strips were approximately 68% larger than that of strips without anchorages.
본 연구는 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 거동특성 및 파괴양상을 규명하고 또한 탄소섬유판 부착탈락 거동을 규명함에 그 목적이 있다. 이를 위하여 탄소섬유판의 형상, 섬유판 부착길이, 부착면적 등의 다양한 변수를 포함하는 실험연구가 수행되었으며, 초기 부착균열이 발생되는 부착탈락 기구를 규명 하였다. 본 실험결과 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 강성은 보강되지 않은 보에 비해 현저하게 개선되며 최대 극한강도 증진율은 120% 이상인 것으로 나타났다. 또한 탄소섬유판 탈락 시 측정된 탄소섬유판의 인장변형율은 탄소섬유판의 극한 변형율의 36%에 해당되는 것으로 나타났으며, 탄소섬유판의 부착길이가 충분 할수록 보는 휨 균열로 야기되는 탄소섬유판의 계면 부착탈락으로 파괴됨을 알 수 있었다. 탄소섬유판의 계면부착탈락은 휨을 받는 구역에서 시작되어 보의 양 끝단으로 급격하게 전파되는 취성적인 파괴를 유도하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 탄소섬유판의 유효응력에 근거하여 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 강성을 계산하였으며, 이는 실험결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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