Experimental investigations on the seismic behaviors of the PVC-FRP Confined Reinforced Concrete (PFCRC) columns under low cyclic loading are carried out and two variable parameters including CFRP strips spacing and axial compression ratio are considered. The PFCRC column finally fails by bending and is characterized by the crushing of concrete and yielding of the longitudinal reinforcement, and the column with a high axial compression ratio is also accompanied by the cracking of the PVC tube and the fracture of CFRP strips. The hysteretic curves and skeleton curves of the columns are obtained from the experimental data. With the increase of axial compression ratio, the stiffness degradation rate accelerates and the ductility decreases. With the decrease of CFRP strips spacing, the unloading sections of the skeleton curves become steep and the ductility reduces significantly. On the basis of fiber model method, a numerical analysis approach for predicting the skeleton curves of the PFCRC columns is developed. Additionally, a simplified skeleton curve including the elastic stage, strengthening stage and unloading stage is suggested depending on the geometric drawing method. Moreover, the loading and unloading rules of the PFCRC columns are revealed by analyzing the features of the skeleton curves. The quantitative expressions that are used to predict the unloading stiffness of the specimens in each stage are proposed. Eventually, an analytical model for the PFCRC columns under low cyclic loading is established and it agrees well with test data.
This study is about manufacturing and producing girder, which is an essential component of bridge structure, in a composite of FRP + concrete. This has a higher competitive power in price than steel girder. The girder used in this study is made of glass fiber which has a lower elastic modulus than steel and thus has some technical limitations such as excessive deflection compared to steel girder and lack of production facilities in FRP production companies to make a large-section component material. Thus, this study suggested a section of a new module that will allow for applying a large section in order to solve the technical difficulties mentioned above and to secure low stiffness of FRP, developed a new FRP+concrete composite girder that is filled with the appropriate amount of concrete. To identify the structural behavior of this FRP+concrete composite girder, experiments were conducted to measure its flexural strength according to the difference in the strength of confined concrete and the existence of stud. The results of the flexural strength test confirmed the composite effect from confining concrete and the effect of increase in strength proportional to the strength of concrete. In developing FRP+concrete composite girder, NDT study was also conducted to analyze the interface characteristics of concrete and FRP.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.4
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pp.365-373
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2008
Fiber Reinforced Polymer, FRP has a light weight, a high tensile strength based on design, non-electronic, non-magnetic, and rust-resistant feature, etc and many researches are being conducted recently on FRP in the construction area. Among them, GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) is excellent in price competitiveness and is widely being used. However, since GFRP has a relative low modulus of elasticity and causes excessive deflection, the section must be large to be used as a structural component and an investigative review must be carried out in design to set the limit for deflection by the use load. Therefore, in order to solve the mentioned technical problems, this study suggested a section of a module form such that application of a large-scale section is possible. Also, to secure the low rigidity of FRP, this study developed a new FRP+ concrete composite girder form that confined the concrete. To identify the structural movement of the developed FRP+ concrete composite girder, shear strength test was carried out.
In the recent years, rehabilitation of structures, strengthening and increasing the ductility of them under seismic loads have become so vital that many studies has been carried out on the retrofit of steel and concrete members so far. Bridge piers are very important members concerning rehabilitation, in which the plastic hinging zone is very vulnerable. Pier is usually confined by special stirrups predicted in the design procedure; moreover, fiber-reinforced polymers (FRP) jackets are used after construction to confine the pier. FRP wrapping of the piers is one of the most effective ways of increasing moment and ductility capacity of them, which has a growing application due to its relative advantages. In many earthquake-resistant bridges, reinforced concrete columns have a major defect which could be retrofitted in different ways like using FRP. After rehabilitation, it is important to check the strengthening adequacy by dynamic nonlinear analysis and precise modeling of material properties. If the plastic hinge properties are simplified for the strengthened members, as the simplified properties which FEMA 356 proposes for non-strengthened members, static nonlinear analysis could be performed more easily. Current paper involves this matter and it is intended to determine the plastic hinge properties for static nonlinear analysis of the FRP-strengthened circular columns.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.7
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pp.3562-3569
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2013
The performance of concrete structure decreases with change in time and the external environment. In order to reinforce the structure, the research about new material development and application of newly developed materials are widely conducted. In the case of composite FRP, it received good attention in the academia due to its high intensity-weight ratio, excellent corrosion resistency as well as good workability. When applying at the construction field, however, the utilization of FRP did not increase as much due to lack of reliability and design standard. Current study investigated the material characteristics during the temperature change at high temperature and the structural behavior from restraint effect for GFRP reinforcing materials. Two experimental variables were set in this study: GFRP reinforcements due to tensile properties of temperature and restraint compression effects. Three concrete specimen were selected for each set temperatures. For this reason, as a variable to experiment with the effects confined compression concrete members value and tensile properties with temperature reinforcement GFRP, experiment produced three pieces each for each set temperature, the concrete specimen, which is confined in the GFRP was selected each I did. For the temperature change during the experiment, the concrete specimen were mounted in order to expose to experimental high temperature for certain period of time. For compression performance evaluation, reinforcement effect from horizontal constraint of the fiber were measured using an Universal Material Testing Machine (UTM). Finally, this study revealed that the binding characteristics of GFRP materials from temperature change decreased. Also, this study showed that the maximum compression intensity decreased as the temperature increased up to $150^{\circ}C$ in the constraints ability of the GFRP reinforcements during the horizontal constraint of concrete.
Gulsan, Mehmet Eren;Mohammedameen, Alaa;Sahmaran, Mustafa;Nis, Anil;Alzeebaree, Radhwan;Cevik, Abdulkadir
Advances in concrete construction
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v.6
no.2
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pp.199-220
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2018
In this study, the effects of sulphuric acid on the mechanical performance and the durability of Engineered Cementitious Composites (ECC) specimens were investigated. The carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and basalt fiber reinforced polymer (BFRP) fabrics were used to evaluate the performances of the confined and unconfined ECC specimens under static and cyclic loading in the acidic environment. In addition, the use of CFRP and BFRP fabrics as a rehabilitation technique was also studied for the specimens exposed to the sulphuric acid environment. The polyvinyl alcohol (PVA) fiber with a fraction of 2% was used in the research. Two different PVA-ECC concretes were produced using low lime fly ash (LCFA) and high lime fly ash (HCFA) with the fly ash-to-OPC ratio of 1.2. Unwrapped PVA-ECC specimens were also produced as a reference concrete and all concrete specimens were continuously immersed in 5% sulphuric acid solution ($H_2SO_4$). The mechanical performance and the durability of specimens were evaluated by means of the visual inspection, weight change, static and cyclic loading, and failure mode. In addition, microscopic changes of the PVA-ECC specimens due to sulphuric acid attack were also assessed using scanning electron microscopy (SEM) to understand the macroscale behavior of the specimens. Results indicated that PVA-ECC specimens produced with low lime fly ash (LCFA) showed superior performance than the specimens produced with high lime fly ash (HCFA) in the acidic environment. In addition, confinement of ECC specimens with BFRP and CFRP fabrics significantly improved compressive strength, ductility, and durability of the specimens. PVA-ECC specimens wrapped with carbon FRP fabric showed better mechanical performance and durability properties than the specimens wrapped with basalt FRP fabric. Both FRP materials can be used as a rehabilitation material in the acidic environment.
This paper presents a tri-uniform bond stress model for predicting the lap splice strength of reinforcing bar at the critical bond splitting failure. The proposed bond distribution model consists of three zones, namely, splitting zone, post-splitting zone and yielding zone. In each zone, the bond stress is assumed to be constant. The models for bond strength in each zone are adopted from previous studies. Combining the equilibrium, strain-slip relation and the bond strength model in each zone, the steel stress-slip model can be derived, which can be used in the nonlinear frame analysis of the column. The proposed model is applied to derive explicit equations for predicting the strength of the lap splice strengthened by fiber reinforced polymer (FRP) in both elastic and post-yield ranges. For design purpose, a procedure to calculate the required FRP thickness and the number of FRP sheets is also presented. A parametric investigation was conducted to study the relation between lap splice strength and lap splice length, number and thickness of FRP sheets and the ratio of concrete cover to bar diameter. The study shows that the lap splice strength can be enhanced by increasing one of these parameters: lap splice length, number or thickness of FRP sheets and concrete cover to bar diameter ratio. Verification of the model has been conducted using experimental data available in literature.
Ping Wu;Dongang Li;Feng Yu;Yuan Fang;Guosheng Xiang;Zilong Li
Steel and Composite Structures
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v.47
no.1
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pp.19-36
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2023
An experimental study of eleven PVC-FRP Confined Concrete (PFCC) column-Reinforced Concrete (RC) beam joints reinforced with Core Steel Tube (CST) under axial compression is carried out. All specimens are designed in accordance with the principle of "weak column and strong joint". The influences of FRP strips spacing, length and steel ratio of CST, height and stirrup ratio of joint on mechanical behavior are investigated. As the design anticipated, all specimens are destroyed by column failure. The failure mode of PFCC column-RC beam joint reinforced with CST is the yielding of longitudinal steel bars, CST and stirrups of column as well as the fracture of FRP strips and PVC tube. The ultimate bearing capacity decreases as FRP strips spacing or joint height increases. The effects of other three studied parameters on ultimate bearing capacity are not obvious. The strain development rules of longitudinal steel bars, PVC tube, FRP strips, column stirrups and CST are revealed. The effects of various studied parameters on stiffness are also examined. Additionally, an influence coefficient of joint height is introduced based on the regression analysis of test data, a theoretical formula for predicting bearing capacity is proposed and it agrees well with test data.
This paper presents a nonlinear analysis of reinforced concrete column with lap splice confined by FRP wrapping in the critical hinging zone. The steel stress-slip model derived from the tri-uniform bond stress model presented in the companion paper is included in the nonlinear frame analysis to simulate the response of reinforced concrete columns subjected to cyclic displacement reversals. The nonlinear modeling is based on a fiber discretization of an RC column section. Each fiber is modeled as either nonlinear concrete or steel spring, whose load-deformation characteristics are calculated from the section of fiber and material properties. The steel spring that models the reinforcing bars consists of three sub-springs, i.e., steel bar sub-spring, lap splice spring, and anchorage bond-slip spring connected in series from top to bottom. By combining the steel stress versus slip of the lap splice, the stress-deformation of steel bar and the steel stress-slip of bars anchored into the footing, the nonlinear steel spring model is derived. The analytical responses are found to be close to experimental ones. The analysis without lap splice springs included may result in an erroneous overestimation in the strength and ductility of columns.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.2
s.54
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pp.215-222
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2009
In this study, steel and FRP jackets are used to confine concrete cylinders. The FRP jacket behaviors compositely with concrete since there is bonding between them. However, the used steel jacket in this study do not behavior compositely with concrete since there is not an adhesive between them. The steel jackets are attached by external forces and the welding. This study suggests the measuring method of the axial strain for the confined concrete cylinders showing noncomposite behavior with the jackets and the correcting method of the measured strain for the composite-behavior jackets. For the noncomposite-behavior steel jacket, the axial strain of the steel surface does not represent the axial strain of the concrete inside. Also, a compressormeter can not be used. Thus, the two rigid plates at the top and bottom of a cylinder are placed and the distance of the two plates are measured and used for estimating the axial strain of the concrete. For the composite-behavior FRP jacket, the vertical strain measured on the FRP surface can be used for estimating the axial strain of the concrete. However, the vertical strain on the FRP surface contains the tensile strain due to the bulge of the concrete and, thus, the tensile strain should be corrected from the vertical strain. The corrected verticals strains compared with the measured strain or a existing constitute model; the result is satisfactory. The uncorrected stress-strain curves have the potential to under estimate the ductile behavior and the energy-dissipation-capacity of the composite-behavior FRP jackets.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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