This paper presents an analysis of the results of an experimental program on the performance of a novel configuration of a hybrid FRP-concrete beam. The beam section consists of a GFRP pultruded profile, a CFRP laminate, and a concrete block all wrapped up using filament winding. It was found that the thickness of the concrete block and the confinement by the filament-wound wrapping had a profound effect on the energy dissipation behaviour of the beam. Using a shear punching model, and comparing the predicted results with the experimental ones, it was found that beyond a given value of the concrete block thickness, the deformational behaviour of the beam shifts from brittle to ductile. It was also found that the filament-wound wrap had many benefits such as providing a composite action between the concrete block and the GFRP box, improving the stiffness of the beam, and most importantly, enhancing the load carrying ability through induced confinement of the concrete.
This paper introduced three new strengthening systems for isolated footings: BFRP wrapping system, CFRP wrapping system, and steel jacketing system. The proposed systems are more practical than the current traditional methods, which involves installing many dowel bars and splicing reinforcing steels to join new and old concrete segments. In the proposed three new systems, BFRP wraps, CFRP wraps, or steel jackets are installed on the exterior surface of the enlarged footing, with construction adhesive or a few steel dowels being applied to the contact surfaces. To investigate the effectiveness of three systems, forty-four models were constructed in ABAQUS, with different parameters being considered. All footings investigated failed in punching shear, including original and retrofitted footings. According to FEA results and parametric studies, the three strengthening systems were capable of improving the punching shear resistance of footings. By introducing a new factor η, the punching shear equation in Eurocode 2 was modified to predict the punching shear resistances of the strengthened footings. A linear formula was developed to present the relationship between the new factor η and the investigated parameters.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.11a
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pp.351-354
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2003
Triaxial behavior of concrete cylinders wrapped with FRP material has been investigated for the increase of concrete strength by lateral confinement. Using the model by Richart et al., a modified empirical equation was proposed to estimate the strength of concrete cylinders with FRP confinement based on the linear relationship between the concrete strength and lateral confining pressure. From the experimental stress-strain result of the cylinder specimens having similar confining pressure, less ductility was observed for higher strength concrete. But the compressive strength of the specimen was linearly increased by lateral confinement. The confinement effectiveness coefficient for the strength enhancement of the cylinders by FRP wrap was obtained as 2.27 from the regression analysis.
The compressive behavior up to failure of short concrete members reinforced with fiber reinforced plastic (FRP) is investigated. Rectangular cross-sections are analysed by means of a simplified elastic model, able also to explain stress-concentration. The model allows one to evaluate the equivalent uniform confining pressure in ultimate conditions referred to the effective confined cross-section and to the effective stresses in FRP along the sides of section; consequently, it makes it possible to determine ultimate strain and the related bearing capacity of the confined member corresponding to FRP failure. The effect of local reinforcements constitute by single strips applied at corners before the continuous wrapping and the effect of round corners are also considered. Analytical results are compared to experimental values available in the literature.
The efficacy of a technique for the rehabilitation and strengthening of RC beam-column connections damaged due to cyclic loading was investigated. The repair mainly uses epoxy resin infused under pressure into the damaged region to retrieved back the lost capacity and then strengthening using fiber reinforced polymer (FRP) sheets for capacity enhancement. Three common types of reduced scale RC exterior beam-column connections namely (a) beam-column connection with beam weak in flexure (BWF) (b) beam-column connections with beam weak in shear (BWS) and (c) beam-column connections with column weak in shear (CWS) subjected to reversed cyclic loading were considered for the experimental investigation. The rehabilitated and strengthened specimens were also subjected to similar cyclic displacement. Important parameters related to seismic capacity such as strength, stiffness degradation, energy dissipation, and ductility were evaluated. The rehabilitated connections exhibited equal or better performance and hence the adopted rehabilitation strategies could be considered as satisfactory. Confinement of damaged region using FRP sheet significantly enhanced the seismic capacity of the connections.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.291-294
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2005
Presented are the results of recent tests on diagonal shear failure of reinforced concrete beams which are externally reinforced in the transverse direction by a unidirectional carbon fiber reinforced polymer, instead of the traditional steel stirrups. Three different series of the beams with different shear reinforcements, i.e. U-wrapping with carbon sheet, U-wrapping with carbon strips and full wrapping with carbon strips were tested. Those beams were geometrically similar, and the size range is 1:1.9:4. The failure of the beams are characterized by delamination, crushing of concrete and distributed shear cracks. It is found that the size effect is much weaker than that of the reference beams without CFRP. Therefore CFRP sheet may be used as the transverse reinforcement with a minor size effect. However, it is not clear that the same conclusion can be drawn in other sizes. Further researches are recommended.
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.
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.
Geopolymer concrete (GC) can be competently utilized as a practical replacement for cement to prevent a high carbon footprint and to give a direction toward sustainable concrete construction. Moreover, previous studies mostly focused on the axial response of glass fiber reinforced polymer (glass-FRP) concrete compressive elements without determining the effectiveness of repairing them after their partial damage. The goal of this study is to assess the structural effectiveness of partially damaged GC columns that have been restored using carbon fiber reinforced polymer (carbon-FRP). Bars made of glass-FRP and helix made of glass-FRP are used to reinforce these columns. For comparative study, six of the twelve circular specimens-each measuring 300 mm×1200 mm-are reinforced with steel bars, while the other four are axially strengthened using glass-FRP bars (referred to as GSG columns). The broken columns are repaired and strengthened using carbon-FRP sheets after the specimens have been subjected to concentric and eccentric compression until a 30% loss in axial strength is attained in the post-peak phase. The study investigates the effects of various variables on important response metrics like axial strength, axial deflection, load-deflection response, stiffness index, strength index, ductility index, and damage response. These variables include concentric and eccentric compression, helix pitch, steel bars, carbon-FRP wrapping, and glass-FRP bars. Both before and after the quick repair process, these metrics are evaluated. The results of the investigation show that the axial strengths of the reconstructed SSG and GSG columns are, respectively, 15.3% and 20.9% higher than those of their original counterparts. In addition, compared to their SSG counterparts, the repaired GSG samples exhibit an improvement in average ductility indices of 2.92% and a drop in average stiffness indices of 3.2%.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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