Fiber-Reinforced Plastics (FRP) have received significant attention for use in civil infrastructure due to their unique properties, such as the high strength-to-weight ratio and stiffness-to-weight ratio, corrosion and fatigue resistance, and tailorability. It is well known that FRP wraps increase the load-carrying capacity and the ductility of reinforced concrete columns. A number of researchers have explored their use for seismic components. The application of concern in the present research is on the use of FRP for corrosion protection of reinforced concrete columns, which is very important in cold-weather and coastal regions. More specifically, this work is intended to give practicing engineers with a more practical procedure for estimating the strength of a deficient column rehabilitated using FRP wrapped columns than those currently available. To achieve this goal, a stress-strain model for FRP wrapped concrete is proposed, which is subsequently used in the development of the moment-curvature relations for FRP wrapped reinforced concrete column sections. A comparison of the proposed stress-strain model to the test results shows good agreement. It has also been found that based on the moment-curvature relations, the balanced moment is no longer a critical moment in the interaction diagram. Besides, the enhancement in the loading capacity in terms of the interaction diagram due to the confinement provided by FRP wraps is also confirmed in this work.
Azza M. Al-Ashmawy;Osman Shallan;Tharwat A. Sakr;Hanaa E. Abd-EL-Mottaleb
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.6
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pp.599-608
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2023
The present study is focused on instigation of the nonlinear mechanical behavior of reinforced concrete beams considering different types of FRP bars through nonlinear finite element simulations. To explore the impact of the FRP reinforcement type and geometry on the nonlinear mechanical behavior of reinforced beam, intensive parametric studies are carried out and discussed. Twenty models were carried out based on the finite element software (ABAQUS). The concrete damage plasticity model was considered. Four types of fiber polymer bars, CFRP, GFRP, AFRP and BFRP as longitudinal reinforcement for concrete beam were used. The validation of numerical results was confirmed by experimental as well as numerical results, then the parametric study was conducted to evaluate the effect of change in different parameters, such as bar diameter size, type of FRP bars and shear span length. All results were analyzed and discussed through, load-deflection diagram. The results showed that the use of FRP bars in rebar concrete beam improves the beam stiffness and enhance the ultimate load capacity. The load capacity enhanced in the range of (20.44-244.47%) when using different types of FRP bars. The load-carrying capacity of beams reinforced with CFRP is the highest one, beams reinforced with AFRP is higher than that reinforced with BFRP but beams reinforced with GFRP recorded the lowest load of capacity compered with other beams reinforced with FRP Bars.
Fiber reinforced polymer (FRP) jackets have been widely used as an effective tool for the strengthening and rehabilitation of concrete structures, especially damaged concrete columns. Therefore, a clear understanding of the compressive behavior of FRP-confined concrete is essential. The objective of this paper is to develop a simple efficient method for predicting the compressive strength, the axial strain at the peak stress, and the stress-strain relationship of FRP-confined concrete. In this method, a compressive strength model is established based on Jefferson's failure surface. With the proposed strength model, the strength of FRP-confined concrete can be estimated more precisely. The axial strain at the peak stress is then evaluated using a damage-based formula. Finally, a modified stress-strain relationship is derived based on Lam and Teng's model. The validity of the proposed compressive strength and strain models and the modified stress-strain relationship is verified with a wide range of experimental results collected from the research literature and obtained from the self-conducted test. It can be concluded that, as a competitive alternative, the proposed method can be used to predict the compressive behavior of FRP-confined concrete with reasonable accuracy.
Rami A. Hawileh;Maha A. Assad;Jamal A. Abdalla; M. Z. Naser
Computers and Concrete
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v.33
no.2
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pp.163-173
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2024
Fiber-reinforced polymers (FRP) have a proven strength enhancement capability when installed into Reinforced Concrete (RC) beams. The brittle failure of traditional FRP strengthening systems has attracted researchers to develop novel materials with improved strength and ductility properties. One such material is that known as polyethylene terephthalate (PET). This study presents a numerical investigation of the flexural behavior of reinforced concrete beams externally strengthened with PET-FRP systems. This material is distinguished by its large rupture strain, leading to an improvement in the ductility of the strengthened structural members compared to conventional FRPs. A three-dimensional (3-D) finite element (FE) model is developed in this study to predict the load-deflection response of a series of experimentally tested beams published in the literature. The numerical model incorporates constitutive material laws and bond-slip behavior between concrete and the strengthening system. Moreover, the validated model was applied in a parametric study to inspect the effect of concrete compressive strength, PET-FRP sheet length, and reinforcing steel bar diameter on the overall performance of concrete beams externally strengthened with PET-FRP.
This paper presents the flexural behavior and strengthening effect of reinforced concrete beams bonded with carbon FRP plate. Parameters involved in this experimental study were plate bond length and sheet web anchorage length. Test beams were strengthened with FRP plate on the soffit and anchored with FRP sheet on the web. In general, strengthened beams with no web anchorage were failed by concrete cover failure along the longitudinal reinforcement. On the other hand, strengthened beams with web anchorage were finally failed by delamination shear failure within concrete after breaking of CFRP sheet wrapping around web. The ultimate load and deflection of strengthened beams increased with an increased bond length of FRP plate. Also, the ultimate load and deflection increased with an increased anchorage length of FRP sheet. Particularly, the strengthened beams with web anchorage maintained high ultimate load resisting capacity until very large deflection. The shape of strain distribution of CFRP plate along beam was very similar to that of bending moment diagram. Therefore, an assumption of constant shear stress in shear span could be possible in the analysis of delamination shear stress of concrete. In the case of full bond length, the ultimate resisting shear stress provided by concrete and FRP sheet Increased with an increase of web anchorage length. In the resisting shear force, a portion of the shear force was provided by FRP anchorage sheet.
The aim of this paper is to evaluate the accuracy and reliability of the available bond-slip laws which are being used for the numerical modeling of Fiber Reinforced Polymer (FRP)/concrete interfaces. For this purpose, a set of Reinforced Concrete (RC) beams retrofitted with external FRP were modeled using the 3D nonlinear Finite Element (FE) approach. All considered RC beams have been previously tested and the corresponding experimental data are available in the literature. The failure modes of these beams are concrete crushing, steel yielding and FRP debonding. Through comparison of the numerical and experimental results, the effectiveness of each FRP/concrete bond-slip model for the prediction of the structural behavior of externally retrofitted RC beams is assessed. The sensitivity of the numerical results against different modeling considerations of the concrete constitutive behavior and bond-slip laws has also been evaluated. The results show that the maximum allowable stress of FRP/concrete interface has an important role in the accurate prediction of the FRP debonding failure.
Ju, Minkwan;Park, Kyoungsoo;Lee, Kihong;Ahn, Ki Yong;Sim, Jongsung
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.4
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pp.399-405
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2019
The present study assessed the reliability-based reinforcement ratio of FRP reinforced concrete structure applying recycled coarse aggregate (RCA) concrete. The statistical characteristics of FRP bars and RCA concrete were investigated from the previous literatures and the mean value and standard deviation were employed for the reliability analysis. The statistics can be regarded as the material uncertainty for configuring the probability distribution model. The target bridge structure is the railway bridge with double T-beam section. The replacement ratios of RCA were 0%, 30%, 50%, and 100%. From the probability distribution analysis, the reliability-based reinforcement ratios of FRP bars were assessed with four cases according to the replacement ratio of RCA. The reinforcement ratio of FRP bars at RCA 100% showed about 17.3% higher than the RCA 0%, where the compressive strength at RCA 100% decreased up to 27.5% than RCA 0%. It was found that the decreased effect of the compressive strength of RCA concrete could be compensated with increase of the reinforcement ratio of FRP bars. This relationship obtained by the reliability analysis can be utilized as a useful information in structural design for FRP bar reinforced concrete structures applying RCA concrete.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.1
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pp.59-66
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2022
In this paper, the flexural capacity equation of FRP-bar reinforced concrete beams was verified by comparing the experimental results and flexural capacity obtained according to the ACI procedure. And, also the economic feasibility of FRP-bar reinforced concrete beams was analyzed by comparing nominal moment capacity of beams. The results of analysis were as follows, 1) GFRP concrete beams have lower flexural performance than reinforced concrete beams, whereas CFRP concrete beams have similar flexural performance to reinforced concrete beams under the same reinforcement ratio 2) Although the design moment increased as the compressive strength of concrete increased, the flexural performance of GFRP reinforced concrete beams was found to be lower than the reinforced concrete beams for all reinforcement ratios.
In this paper, the mechanical property of CFRP, BFRP, GFRP and their hybrid FRP was experimentally studied. The elastic modulus and tensile strength of CFRP, BFRP, GFRP and their hybrid FRP were tested. The experimental results showed that the elastic modulus of hybrid FRP agreed well with the theoretical rule of mixture, which means the property of hybrid composites are linear with the volumes of the corresponding components while the tensile strength did not. The bearing capacity, peak strain, stress-strain relationship of circular concrete columns confined by CFRP, BFRP, GFRP and hybrid FRP subjected to axial compression were recorded. And the confinement effect of hybrid FRP on concrete columns was analyzed. The test results showed that the bearing capacity and ductility of concrete columns were efficiently improved through hybrid FRP confinement. A strength model and a stress-strain relationship model of hybrid FRP confined concrete columns were proposed. The proposed stress-strain model was shown to be capable of providing accurate prediction of the axial compressive strength of hybrid FRP confined concrete compared with Teng et al. (2002) model, Karbhari and Gao (1997) model and Miyachi et al. (1999) model. The modified stress-strain model was also suitable for single FRP confinement cases and it was so concise in form and didn't have piecewise fitting, which would be easy for use in structural design.
Durability problems may arise in the concrete, which is one of the major construction materials, used in the construction field. Bridge piers and foundation piles are usually made with concrete and they are exposed to the moisture and hence the durability of the concrete reduced significantly due to oxidization of re-bar and icing of concrete. To mitigate such problems, FRP tube has been developed and the concrete filled FRP tube (CFFT) has been investigated to find the confinement effect which is provided additionally. It was reported that if the concrete is wrapped with FRP, strength and chemical resistance are improved significantly. In order to apply such a member in the construction field, structural behavior and applicable design guideline or design criteria must be thoroughly investigated. In the experimental investigation, the results are compared with the previous research results and the relationship which can predict the ultimate strength and strain is suggested. In addition, some comments found at the compression tests are given briefly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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