• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제69권5호
• /
• pp.579-589
• /
• 2019

Numerous experimental studies have been conducted on reinforced concrete (RC) beams strengthened in shear with externally bonded fiber reinforced polymer (EBFRP). The objectives of this work are to study the behavioral trends of shear strengthened EBFRP RC beams after updating the existing database. The previously published databases have been updated, enriched and cross checked for completeness, redundancy and consistency. The updated database now contains data on 698 EBFRP beams and covers the time span from 1992 to 2018. The collected database then refined applying certain filters and used to investigate and capture better interactions among various influencing parameters affecting the shear strength of EBFRP beams. These parameters include the type and properties of FRP, fiber orientation as well as the strengthening scheme, the shear and the longitudinal steel reinforcement ratios, the shear span ratio, and the geometry of the member. The refined database is used to test the prediction accuracy of the existing design models. Considerable scatters are found in the results of all tested prediction models and in many occasions the predictions are unsafe. To better understand the shear behavior of the EBFRP RC beams and then enhance the prediction models, it was concluded that focused experimental programs should be carried out.

• Computers and Concrete
• /
• 제28권6호
• /
• pp.635-642
• /
• 2021

In this paper, soft learning techniques are used to predict the ultimate torsional capacity of Reinforced Concrete beams strengthened with Fiber Reinforced Polymer. Soft computing techniques, namely Artificial Neural Network, trained by various back propagation algorithms, and Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, have been used to model and predict the torsional strength of Reinforced Concrete beams strengthened with Fiber Reinforced Polymer. The performance of each model has been evaluated by using statistical parameters such as coefficient of determination (R²), Root Mean Square Error (RMSE), and Mean Absolute Percentage Error (MAPE). The hybrid PSO NN model resulted in an R² of 0.9292 with an RMSE of 5.35 for training and an R² of 0.9328 with an RMSE of 4.57 for testing. Another model, ANN BP, produced an R² of 0.9125 with an RMSE of 6.17 for training and an R² of 0.8951 with an RMSE of 5.79 for testing. The results of the PSO NN model were in close agreement with the experimental values. Thus, the PSO NN model can be used to predict the ultimate torsional capacity of RC beams strengthened with FRP with greater acceptable accuracy.

• Computers and Concrete
• /
• 제31권6호
• /
• pp.527-536
• /
• 2023

Fiber Reinforced Polymer (FRP) bar has emerged as a viable and sustainable replacement to steel in reinforced concrete (RC) under severe corrosive environment. The behavior of concrete columns reinforced with FRP bars, spirals, and hoops is an ongoing area of research. In this study, 3D nonlinear numerical modelling of circular concrete columns reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) bars and transversely confined with GFRP spirals were conducted using fracture-plastic model. The numerical models and experimental results are found to be in good agreement. The effectiveness of confinement was accessed through von-mises stresses, and it was found that the stresses in the concrete's core are higher with a 30 mm pitch (46 MPa) compared to a 60 mm pitch (36 MPa). The validated models are used to conduct parametric studies. In terms of axial load carrying capacity and member ductility, the effect of concrete strength, spiral pitch, and longitudinal reinforcement ratio are thoroughly investigated. The confinement effect and member ductility of a GFRP RC column increases as the spiral pitch decreases. It is also found that the confinement effect and member ductility decreased with increase in strength of concrete.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제26권5호
• /
• pp.627-634
• /
• 2014

본 연구에서는 폭발에 의한 국부손상이 철근콘크리트 보의 잔류 휨강도 및 연성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 $160{\times}290{\times}2200mm$의 철근콘크리트 보에 대하여 근접 폭발 시험과 정하중 휨시험을 수행하였다. 또한 이 시험을 통해 강섬유 및 FRP 시트로 보강한 철근콘크리트 보의 폭발저항성능을 평가하였다. 장약량 1kg, 이격거리 0.1m의 폭발 시험을 수행하였으며, 시험 후 시험체의 crater, spall 지름과 무게손실(weight loss)을 측정하여 시험체의 국부손상을 평가하였다. 또한 폭발하중을 받지 않은 시험체와 폭발하중을 받아 국부손상이 발생한 시험체의 정하중 휨시험을 수행하여 휨강도 및 연성지수를 측정하였다. 시험결과, 보통콘크리트 시험체(NC)는 비교적 큰 crater와 spall이 발생하였으며 국부손상에 의한 무게 손실이 23.5kg 발생하였다. 반면 강섬유보강콘크리트 시험체(SFRC)와 FRP 시트 보강 시험체(NC-F, NC-FS)는 NC에 비해 crater 크기와 무게손실이 감소하며 향상된 폭발저항성능을 나타내었다. 또한 폭발하중에 의해 국부손상이 발생한 시험체들은 휨강도와 연성지수가 감소하였다. 특히 NC는 잔류 휨강도가 기존 강도에 비해 크게 감소하였고 압축철근의 좌굴현상이 나타나며 취성적으로 파괴되었다. 강섬유와 FRP 시트로 보강한 시험체의 경우 잔류 휨강도 및 연성지수가 NC에 비해 증가하였다. 이를 통해 폭발이 발생할 경우, 충분한 이격거리를 확보하지 못하면 장약량이 적더라도 구조부재에 심각한 국부손상을 발생 시킬 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 강섬유와 FRP 시트에 의한 보강 방법이 폭발저항성능을 향상시킨다는 것을 확인할 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제28권1호
• /
• pp.85-94
• /
• 2016

이 연구에서는 철근콘크리트 구조물 보강의 결합재로서 기존의 에폭시 재료가 가지는 한계를 극복하기 위하여 개발된 실라놀기를 이용한 친수성 화학 그라우트재(hydrophilic chemical grout using silanol, HCGS)를 소개하고 FRP 시트 보강공법을 적용한 슬래브 부재의 휨 실험을 수행하였다. 보강공법이 적용되지 않은 기준실험체, 슬래브와 FRP 시트를 기존의 에폭시로 부착한 실험체, 그리고 HCGS를 적용하여 시트를 부착한 실험체를 각 1개씩 총 3개의 슬래브에 대한 실험연구를 수행하였다. 또한, FRP 시트로 휨 보강된 슬래브 부재의 해석에 적합하도록 계면 수평전단력을 고려할 수 있는 휨 거동 해석모델을 개발하였다. 해석모델로 실험체들의 거동을 평가한 결과, 보강 실험체들은 휨 파괴 시점 전까지 완전합성에 매우 근접한 거동을 나타내는 것으로 평가되었으며, 특히, HCGS를 적용한 보강 실험체는 기존 에폭시의 한계를 극복하는 특성을 가지면서도 에폭시를 적용한 실험체와 유사한 휨 보강 성능을 나타내었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산구조공학회 2004년도 봄 학술발표회 논문집
• /
• pp.365-372
• /
• 2004

A new finite element model will be presented to analyze the nonlinear behavior of not only RC beams and slabs, but also RC beams strengthened by a patch repair. The numerical approach is based on the p-version degenerate shell element including theory of anisotropic laminated composites, theory of materially and geometrically nonlinear plates. In the nonlinear formulation of this model, the total Lagrangian formulation is adopted with large deflections and moderate rotations being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The material model is based on hardening rule, crushing condition, plate-end debonding strength model and so on. The Gauss-Lobatto numerical quadrature is applied to calculate the stresses at the nodal points instead of Gauss points. The validity of the proposed p-version finite element model is demonstrated through several numerical examples for the load-deflection curves, the ultimate loads, and the failure modes of reinforced connote slabs and RC beams bonded with steel plates or FRP plates compared with available experimental and numerical results.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2005년도 봄학술 발표회 논문집(I)
• /
• pp.283-286
• /
• 2005

The effectiveness of shear strengthening with glass fiber sheets on normal or low strength RC beams have been investigated experimentally. A design compressive strength of concrete of 13.5MPa has been planned considering the degradation state of the existing structure to be strengthened in this study. Also, concrete surface reinforcing agent was applied to increase bond capacity between concrete and GFRP sheets in case of low strength RC beams. Comparing the test results of low and normal strength beams strengthened with GFRP sheets indicated that total shear capacity of beams was decreased with concrete strength decreased, but the shear strengthening capacity of GFRP sheets are hardly affected by concrete strength. In addition, shear strengthening effects of RC beams strengthened with GFRP sheets can be estimated by $\rho_w{\cdot}f_w$ based on the maximum effective strain of FRP sheet proposed by ACI 440.2R recommendation.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
• /
• 제11권1호
• /
• pp.171-183
• /
• 2017

Strengthening reinforced concrete (RC) beams with openings by using aramid fiber reinforcement polymers (AFRP) on the beams' surfaces offers a useful solution for upgrading concrete structures to carry heavy loads. This paper presents a repairing technique of the AFRP sheets that effectively strengthens RC beams, controls both the failure modes and the stress distribution around the beam chords and enhances the serviceability (deflection produced under working loads be sufficiently small and cracking be controlled) of pre-cracked RC beams with openings. To investigate the possible damage that was caused by the service load and to simulate the structure behavior in the site, a comprehensive experimental study was performed. Two unstrengthened control beams, four beams that were pre-cracked before the application of the AFRP sheets and one beam that was strengthened without pre-cracking were tested. Cracking was first induced, followed by repair using various orientations of AFRP sheets, and then the beams were tested to failure. This load was kept constant during the strengthening process. The results show that both the preexisting damage level and the FRP orientation have a significant effect on strengthening effectiveness and failure mode. All of the strengthened specimens exhibited higher capacities with capacity enhancements ranging from 21.8 to 66.4%, and the crack width reduced by 25.6-82.7% at failure load compared to the control beam. Finally, the authors present a comparison between the experimental results and the predictions using the ACI 440.2R-08 guidelines.

• 한국지진공학회논문집
• /
• 제8권3호
• /
• pp.1-12
• /
• 2004

1989년 로마프리타지진 및 1995년 효고현 남부지진등 많은 교각에서 휨-전단 파괴에 의한 피해가 발생하였다. 그럼에도 불구하고 지금까지의 교각의 내진성능에 관한 연구는 대부분 휨파괴에 대한 연구가 지배적이었다. RC 교각의 내진성능은 교각의 소성힌지구간의 성능에 좌우되고 있으며, 소성힌지의 연성은 곡률에 의해 평가하는 것이 바람직하다. 실험연구는 지진하중의 손상을 입은 RC교각의 휨전단거동에 관한 소성힌지구간 내의 곡률변화를 평가하였다. 실험에 사용된 7기의 실험체는 형상비 2.5에 횡방향 구속력, 주철근의 겹침이음 그리고 섬유보강을 변수로 가지고 있다. 이 실험체는 유사동적실험 수행을 통해 손상을 주었으며, 유사동적실험 후에는 일정한 축력,$P=0.1f_{ck}A_g$을 유지하면서 변위제어방식으로 유사정적실험을 실시하여 잔류내진성능을 평가하였다. 실험 결과 기초에서 15cm 구간에 가장 큰 곡률이 발생하였으며 파괴도 이 단면에 집중되었다. 또한, 연성도 분석결과 주철근이 겹침이음 된 RC 교각이 낮은 곡률연성도를 보였으며, 이를 섬유보강한 실험체의 휨강성과 곡률연성도는 현저히 개선되었다. 그리고, 교각의 곡률변화를 분석하여 횡구속력을 고려한 등가소성힌지길이 산정식을 제안하였으며, 이 제안된 식을 적용하여 변위연성도와 곡률연성도 관계를 분석하였다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제19권4호
• /
• pp.467-474
• /
• 2007

본 논문에서는 부착 유무, 정착장치 유무, 긴장량, 경간 길이 등을 실험 변수로 하여 총 13개의 시험체를 제작하여 휨 성능 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 1개의 표준시험체, 2개의 긴장력을 도입하지 않는 보강시험체, 4개의 긴장력을 도입한 비부착보강시험체, 4개의 긴장력을 도입한 부착시험체와 2개의 경간 길이가 다른 보강시험체를 제작하였다. 또한, 콘크리트의 비선형, 철근 및 탄소섬유와 콘크리트와의 계면 특성을 고려한 DIANA 프로그램을 이용하여 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 긴장력을 도입한 보강된 시험체는 박리 파괴가 아닌 FRP 파단에 의하여 최종파괴가 되었다. 특히, 긴장력을 도입한 부착시험체는 1차, 2차 박리가 발생 후, 정착장치의 고정으로 인하여 부착시스템에서 비부착시스템으로 전환되었다. 또한, 탄소섬유판으로 보강된 시험체의 해석 결과와 실험 결과를 비교 분석하였다. 긴장력을 도입한 탄소섬유판으로 보강된 모든 시험체는 연성지수가 3이상 나타나 어느 정도 이상의 연성을 확보하고 있는 것으로 알 수 있었다. 그리고 박리하중과 항복하중 및 극한하중에서 실험값과 해석값이 잘 일치하는 것으로 나타났다.