There are separate merits and demerits to wood and steel. The combination of wood and steel as a compound section is able to improve the properties of both and ultimately increase their final bearing capacity. The composite cross-section made of steel and wood has higher hardness while showing more ductility and the local buckling of steel is delayed or completely prevented. The purpose of this study is to investigate the behavior of composite columns enclosed in wooden logs and the hollow sections of steel that will be examined in a laboratory environment under the axial load to determine the final bearing capacity and sample deformation. In terms of methodology, steel sheet and carbon fiber reinforced polymer sheet (FRP) are tested to construct hollow rectangular sections and reinforce timber. Besides, the method of connecting hollow sections and timber including glue and screw has been also investigated. As a result, timber lumber enclosed with carbon fiber-reinforced polymer sheets in which fibers are horizontally located at 90° are more resistant with better ductility.
12 concrete blocks, on which hybrid fibrous sheets (carbon fiber and glass fiber) had been bonded, were subjected to tensile load in order to estimate properties of the bonded interface. the sheet length was varied by 100mm, 200mm and 400mm. It was found that more than 150mm bond length is required to achieve the maximum bearing capacity of the interface. In this study, maximum bond stress $\tau_{F,max}$, ultimate slip $S_{FU}$ of the interface were estimated $\tau_{F,max}$=3.0MPa and $S_{FU}$= 0.175mm, respectively.
Arani, Ali Ghorbanpour;Haghparast, Elham;Zarei, Hassan BabaAkbar
Steel and Composite Structures
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v.23
no.5
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pp.529-541
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2017
In the present study, vibration analysis of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FGCNTRC) plate moving in two directions is investigated. Various types of shear deformation theories are utilized to obtain more accurate and simplest theory. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are selected as a reinforcement of composite face sheets inside Poly methyl methacrylate (PMMA) matrix. Moreover, different kinds of distributions of CNTs are considered. Based on extended rule of mixture, the structural properties of composite face sheets are considered. Motion equations are obtained by Hamilton's principle and solved analytically. Influences of various parameters such as moving speed in x and y directions, volume fraction and distribution of CNTs, orthotropic viscoelastic surrounding medium, thickness and aspect ratio of composite plate on the vibration characteristics of moving system are discussed in details. The results indicated that thenatural frequency or stability of FGCNTRC plate is strongly dependent on axially moving speed. Moreover, a better configuration of the nanotube embedded in plate can be used to increase the critical speed, as a result, the stability is improved. The results of this investigation can be used in design and manufacturing of marine vessels and aircrafts.
This paper presents the experimental results of flexural and compression steel members strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP) sheets. In the flexural test, the five specimens were fabricated and the test parameters were the number of CFRP ply and the ratio of partial-length bonded CFRP sheets of specimen. The CFRP sheet strengthened steel beam had failure mode: CFRP sheet rupture at the mid span of steel beams. A maximum increase of 11.3% was achieved depending on the number of CFRP sheet ply and the length of CFRP sheet. In the compression test, the nine specimens were fabricated and the main parameters were: width-thickness ratio (b/t), the number of CFRP ply, and the length of the specimen. From the tests, for short columns it was observed that two sides would typically buckle outward and the other two sides would buckle inward. Also, for long columns, overall buckling was observed. A maximum increase of 57% was achieved in axial-load capacity when 3 layers of CFRP were used to wrap HSS columns of b/t = 60 transversely.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.16
no.1
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pp.125-133
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2010
Researches and studies which have been conducted so far on external confinement of long span concrete columns have mainly concentrated on concentric loading. But, long span bridge concrete columns over the sea are mainly subjected to concentrated axial load, and at the same time lange amount of moment by eccentric load. This paper experimentally investigates the performance of externally confined high-strength concrete columns subjected to loading mechanism and evaluates the effectiveness of two confinement materials carbon fibre and high performance glass fibre. Twelve short columns with the same dimensions were cast and tested Six columns were reinforced with hoop bars, the remaining six columns were reinforced with spiral bars and wrapped with three layers of carbon failure and high performance glass FRP sheets. Test variables considered were the shape of internal reinforcement and strengthening materials according to loading location. The experimental results showed that eccentric load could obviously lower down the maximum failure load of FRP-confined concrete columns, compared with the columns under concentric load. And compared with the carbon FRP-confined reinforced concrete columns, high performance glass FRP-confined columns displayed a higher load capacity and ductility, when tested both concentrically and eccentrically.
Ha, Sang-Su;Choi, Dong-Uk;Lee, Chin-Yong;Kim, Kil-Hee
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.2
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pp.239-247
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2008
Use of both carbon fiber (CF) and glass fiber (GF) at the same time to strengthen existing flexural members was exploited. Using a proper volumetric GF / CF ratio, the CF can rupture first followed by subsequent rupture of GF at higher stress and strain showing a pseudo-ductile behavior. A theoretical study indicated that the ratio is 4.62 : 1 and higher where the pseudoductile effect can be shown. Flexural tests of plain concrete beams strengthened using fibers were first carried out. Hybrid FRP sheet using 8.8 : 1 ratio was then fabricated and the sheet was used to strengthen reinforced concrete beams. The RC beams strengthened using 1-ply and 2-ply hybrid sheets both revealed increased strength over a non-strengthened beam and ductile flexural behavior. A comparable beam strengthened using CF also showed increased strength but with limited ductility.
This paper presents the finite element method results for HSS(Hollow Square Section) steel columns strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer Plastic(CFRP) sheets. 6 specimens were fabricated and the specimen groups were non-compact short columns, slender short columns, and non-compact long columns. Test parameter was the number of CFRP ply. The finite element analysis was performed by using ANSYS Workbench V.14.0 and the results of FEM were compared with those of Test for failure mode, load-displacement curve, maximum load, and initial stiffness. The comparisons between experimental observations and computed results show that the analyses provided good correlation to actual behavior. Finally, the buckling stress were calculated according to the AISC cold-formed structure provision and the retrofitting effect were verified for each section type.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.751-756
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2001
This paper deals with the experimental evaluation of the performance of R.C beams strengthened with aramid, glass and carbon fiber sheets. To evaluate the effects of FRPs on the flexural strengthening of the beams, strengthening ratio is adopted as a main variable. Seven beams were fabricated and strengthened under same tensile strength based on ultimate strength of FRPs and strengthening length. Deflection, flexural stiffness, strain of FRP, ultimate load and failure load are compared to evaluate the effects of FRPs on structural behavior of retrofitted beams. The results shows that little effects of FRPs on behavior of strengthened beams can be estimated and the fail modes are more influenced on structural behavior than that.
This paper presents the experimental results of axially loaded stub columns of slender steel hollow square section (SHS) strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP) sheets. 9 specimens were fabricated and the main parameters were: width-thickness ratio (b/t), the number of CFRP ply, and the CFRP sheet orientation. From the tests, it was observed that two sides would typically buckle outward and the other two sides would buckle inward. A maximum increase of 33% was achieved in axial-load capacity when 3 layers of CFRP were used to wrap HSS columns of b/t = 100 transversely. Also, stiffness and ductility index (DI) were compared between un-retrofitted specimens and retrofitted specimens. Finally, it was shown that the application of CFRP to slender sections delays local buckling and subsequently results in significant increases in elastic buckling stress. In the last section, a prediction formula of the ultimate strength developed using the experimental results is presented.
Sakr, Mohammed A.;El-khoriby, Saher R.;Khalifa, Tarek M.;Nagib, Mohammed T.
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.3
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pp.407-417
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2017
RC shear walls are considered one of the main lateral resisting members in buildings. In recent years, FRP has been widely utilized in order to strengthen and retrofit concrete structures. A number of experimental studies used CFRP sheets as an external bracing system for retrofitting of RC shear walls. It has been found that the common mode of failure is the debonding of the CFRP-concrete adhesive material. In this study, behavior of RC shear wall was investigated with three different micro models. The analysis included 2D model using plane stress element, 3D model using shell element and 3D model using solid element. To allow for the debonding mode of failure, the adhesive layer was modeled using cohesive surface-to-surface interaction model at 3D analysis model and node-to-node interaction method using Cartesian elastic-plastic connector element at 2D analysis model. The FE model results are validated comparing the experimental results in the literature. It is shown that the proposed FE model can predict the modes of failure due to debonding of CFRP and behavior of CFRP strengthened RC shear wall reasonably well. Additionally, using 2D plane stress model, many parameters on the behavior of the cohesive surfaces are investigated such as fracture energy, interfacial shear stress, partial bonding, proposed CFRP anchor location and using different bracing of CFRP strips. Using two anchors near end of each diagonal CFRP strips delay the end debonding and increase the ductility for RC shear walls.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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