Fiber Reinforced Polymer (FRP) is widely used for retrofitting concrete structures for various purposes. Especially, for the retrofitting of concrete structures subjected to blast loads, FRP is proven to be a very effective retrofitting material. However, a systematic design procedure to implement FRP for concrete structure retrofitting against blast loads does not exist currently. In addition, in case of concrete structures with inarticulate geometrical boundary conditions such as arch structures, an effective analysis technique is needed to obtain reliable results based on minimal analytical assumptions. Therefore, in this study, a systematic and efficient blast analysis procedure for FRP retrofitting design of concrete arch structure is suggested. The procedure is composed of three sequential parts of preliminary analysis, breach and debris analysis, and retrofit-material analysis. Based on the suggested procedure, blast analyses are carried out by using explicit code, LS-DYNA. The study results are discussed in detail.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.12
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pp.35-40
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2018
In this study, experimental research was carried out to evaluate the seismic performance of reinforced concrete exterior beam-column joint regions using hybrid retrofitting with AFRP sheets and embedded CFRP reinforcements in existing reinforced concrete building. Therefore it was constructed and tested three specimens retrofitting the beam-column joint regions using such retrofitting materials. Specimens, designed by retrofitting the beam-column joint regions of existing reinforced concrete structure, were showed the stable failure mode and increase of load-carrying capacity due to the effect of crack control at the times of initial loading and confinement of retrofitting materials during testing. Specimens RBCJ-SRA3 designed by the retrofitting of AFRP sheets and embedded CFRP reinforcements in reinforced exterior beam-column joint regions were increased its maximum load carrying capacity by 1.86 times and its energy dissipation capacity by 1.65 times in comparison with standard specimen RBCJ for a displacement ductility of 5.
Singh, Balvir;Chidambaram, R. Siva;Sharma, Shruti;Kwatra, Naveen
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.5
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pp.557-566
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2017
Fiber reinforced polymer (FRP) sheets are the most efficient structural materials in terms of strength to weight ratio and its application in strengthening and retrofitting of a structure or structural elements are inevitable. The performance enhancement of structural elements without increasing the cross sectional area and flexible nature are the major advantages of FRP in retrofitting/strengthening work. This research article presents a detailed study on the inelastic response of conventional and retrofitted Reinforced Concrete (RC) frames using Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) and Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) subjected to quasi-static loading. The hysteretic behaviour, stiffness degradation, energy dissipation and damage index are the parameters employed to analyse the efficacy of FRP strengthening of brick in-filled RC frames. Repair and retrofitting of brick infilled RC frame shows an improved load carrying and damage tolerance capacity than control frame.
Due to design codes and regulations and the variety of building plans in Turkey, it is very often seen that band-type windows are left for ventilation and lightening of the basements of buildings which are used for various purposes such as workplaces and storage. Therefore when the necessary support measures cannot be given, short columns are subjected to very high shear forces and so damage occurs. One of the precautions to avoid the damage of short column mechanisms in buildings where band-type windows are in the basement is to strengthen the short columns with fiber reinforced polymer (FRP). In this study, the effect of the FRP retrofitting process of the short columns around band-windowed structures, which are found especially in basement areas, is analyzed in accordance with Turkish Seismic Code 2007 (TSC 2007). Three different models which are bare frame, frame with short columns and retrofitted short columns with FRP, are created and analyzed according to TSC 2007 performance analysis methods to understand the effects of band windows in basements and the effect of FRP retrofitting.
Unreinforced masonry buildings represent a significant portion of the existing and historical buildings around the world. Recent earthquakes have shown the need for seismic retrofitting for these types of buildings. Various types of retrofitting materials (i.e., shotcrete, ECC and Fiber Reinforced Polymer sheets (FRPs)) for unreinforced masonry buildings (URM) have been developed. Engineers prefer to use FRPs, because these materials enhance the shear strength of the wall without expansion of wall sectional area and adding weight to the total structure. However, the complexity of the mechanical behavior of the masonry wall and the lack of experimental data from walls retrofitted by FRPs may cause problems for engineers to determine an appropriate retrofitting level. This paper investigate in-plane behavior of URM and retrofitted masonry walls using two different types of FRP materials to determine and provide information for the retrofitting effect of FRPs on masonry shear walls. Specimens were designed to idealize the wall of a low-rise apartment which was built in 1970s in Korea with no seismic reinforcements with an aspect ratio of 1. Retrofitting materials were carbon FRP and Hybrid sheets which have different elastic modulus and ultimate strain capacities. Consequently, this study evaluated the structural capacity of masonry shear walls and the retrofitting effect of an FRP sheet for in-plane behavior. Also, the results were compared to the results obtained from the evaluation method for a reinforced concrete beam retrofitted with FRPs.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.3
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pp.36-41
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2011
This study proposes a experimental method to evaluate bonding strength of FRPs used for retrofitting concrete structures. Specimens are designed so that debonding failure of FRPs can be induced from reinforced concrete beams retrofitted with two layers of carbon and glass FRPs. And three-point loading tests are performed to see if debonding failure with proper debonding strength is observed from the specimens. The test results show that the tested beams are failed due to debonding of FRPs, therefore, the proposed test method is capable of evaluating debonding strength of FRPs using relatively small normal strength concrete beams.
Reinforced concrete beams are often retrofitted with various FRP composite sheets. This paper is focused on the comparison of structural performance of various FRP sheets and proposal of the retrofitting design formula. Effects of the FRP kinds(AFRP, GFRP, CFRP) and the reinforcing steel ratio on behavior of the retrofitting beams are tested and analyzed with particular emphasis on the maximum load capacity, stiffness, and ductility. The experimental work included 4 point flexural testing of 3.2m span reinforced concrete beams with bonded external reinforcements. The results show that the difference of FRP kinds is not large and the flexural load capacity is mainly affected by stiffness of the retrofitting materials. This paper also proposes the design formula on the retrofitting reinforced concrete flexural members and checks with this experimantal work and previous research results.
Pre-stressing of existing structures using steel cables, FRP cables or FRP laminates has been successfully tried in the past. Retrofitting of beams using pre-stressed laminates does not utilize the full strength of the FRP due to de-bonding of the laminates before the fibre fracture. In the present study attempt has been made to overcome this problem by replacing the FRP laminates by the FRP sheets. In the present paper the effect of initial damage level and pre-stress level on strength, stiffness, cracking behaviour and failure mode of girders retrofitted using pre-stressed CFRP sheets has been studied. The results indicate that rehabilitation of initially damaged girders by bonding pre-stressed CFRP sheets improves the flexural behaviour of beams appreciably. However, it has been observed that with increase in pre-stressing force the load carrying capacity of the girders increases up to a particular level up to which the mode of failure is fibre fracture. Thereafter, the mode of failure shifts from fibre fracture to de-bonding and there is no appreciable increase in load carrying capacity with further increase in pre-stressing force.
While fiber-reinforced plastic (FRP) materials have been largely used in the retrofitting of concrete buildings, its application has been limited because of some problems such as de-bonding of FRP layers from the concrete surface. This paper is the part of a wide experimental and analytical investigation about flexural retrofitting of reinforced concrete (RC) columns using FRP and mechanical fasteners (MF). A new generation of MF is proposed, which is applicable for retrofitting of RC columns. Furthermore, generally, to evaluate a retrofitted structure the nonlinear static and dynamic analyses are the most accurate methods to estimate the performance of a structure. In the nonlinear analysis of a structure, accurate modeling of structural elements is necessary for estimation the reasonable results. So for nonlinear analysis of a structure, modeling parameters for beams, columns, and beam-column joints are essential. According to the concentrated hinge method, which is one of the most popular nonlinear modeling methods, structural members shall be modeled using concentrated or distributed plastic hinge models using modeling parameters. The nonlinear models of members should be capable of representing the inelastic response of the component. On the other hand, in performance based design to make a decision about a structure or design a new one, numerical acceptance should be determined. Modeling parameters and numerical acceptance criteria are different for buildings of different types and for different performance levels. In this paper, a new method was proposed for FRP retrofitted columns to avoid FRP debonding. For this purpose, mechanical fasteners were used to achieve the composite behavior of FRP and concrete columns. The experimental results showed that the use of the new method proposed in this paper increased the flexural strength and lateral load capacity of the columns significantly, and a good composition of FRP and RC column was achieved. Moreover, the modeling parameters and acceptance criteria were presented, which were derived from the experimental study in order to use in nonlinear analysis and performance-based design approach.
Steel plate or FRP materials have been typically used for the seismic retrofit of civil infrastructures. In order to overcome the limitation of each retrofitting material, a composite material, which takes advantages from both metal and fiber polymer materials, has been developed. In the study herein, the composite retrofitting material consists of metal part(steel or aluminum) and FRP sheet part(glass or carbon fiber). The metal part can enhance the ductility and the FRP part the ultimate strength. As a preliminary study to investigate the fundamental mechanical characteristics of the metal-FRP laminated composite material this study performed the flexural fracture test with various experimental variables including the number, the angle and the combination of FRP laminates. From the aluminum-FRP composite tests no great increase in flexural strength and flexural toughness were observed. However, flexural toughness of steel-FRP laminate composite was increased so that its behavior can be considered in the retrofit design. In addition, the angle and the kind of fibers should be carefully considered in conjunction with the expected loading conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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