Although retrofitting and strengthening reinforced concrete (RC) columns by wrapping fiber reinforced polymer (FRP) composites have become a popular technique in civil engineering, the study on reinforced high-strength concrete (HSC) columns is still not sufficient. The objective of these companion papers is to investigate the mechanical properties of reinforced HSC square columns confined by aramid FRP (AFRP) jackets under concentric compressive loading. In the part I of these companion papers, an experiment was conducted on 54 confined RC specimens and nine unconfined plain specimens, the considered parameters were the concrete strength, the thickness of AFRP jackets, and the form of AFRP wrapping. The experimental process and results are presented in detail. Subsequently, some discussions on the confinement effect, failure modes, strength, and ductility of the columns are carried out.
This paper handles the repairing of deficient square Concrete-Filled Steel-Tube (CFST) beams subject to bending through an experimental and numerical program. Eight square-CFST beams were tested. A 5-mm artificial notch was induced at mid-span of seven beams, four of them were repaired by using CFRP sheets and two were repaired by using GFRP sheets. The beam deflection, strain and ultimate moments were recorded. It was found that providing different cut-off points for the different layers of FRP sheets prohibited failure at termination points due to stress concentrations. Using different lengths of FRP sheets around the notch retarded crack propagation and prevented FRP rupture at the crack position. Finite element analysis was then conducted and the proposed FE model was verified against the recorded experimental data. The influence of various parameters as FRP sheet length, tensile modulus and the number of layers were studied. The moment capacity of damaged square-CFST beams was improved up to 77.6% when repaired by using four layers of CFRP, however, this caused a dramatic decrease in beam deflection. U-wrapping of notched-CFST beam with 0.75 of its length provided a comparable behaviour as wrapping the full length of the beam.
지진동 하의 구조 시스템에서 기둥은 가장 중요한 구조 요소 중 하나이다. 이러한 관계로, 철근콘크리트(RC) 기둥의 내진 성능에 FRP 보강이 미치는 영행을 평가하기 위하여 광범위한 실험 연구가 이루어졌다. 이 중 상당수는 CFRP 또는 GFRP로 보강된 원형 단면 또는 정사각형 단면의 RC 기둥의 지진 거동에 집중하였다. 단면의 형태가 FRP 보강으로 인한 구속 효과에 영향을 미치기 때문에, 보강 효과와 최종 파괴 패턴이 형상에 따라 상이할 수 있다. 본 연구에서는 현무암 섬유를 함유한 BFRP 시트와 복합섬유 패널로 보강한 직사각형 단면을 가진 RC 기둥의 지진 거동을 살펴보기 위하여 반복하중 실험을 수행하였다. 실험 결과는 보강 효과가 크지 않았음을 보여주는데, BFRP 시트와 복합섬유 패널에 의한 구속 효과의 증가가 미미했음을 의미하며, 이는 기둥 단면 형상에 일부 기인하는 것으로 판단된다.
The main purpose of this work is to compare different criteria for the seismic strengthening of RC framed buildings in order to find the optimal combinations of these retrofitting techniques. To this end, a numerical investigation is carried out with reference to the town hall of Spilinga (Italy), an RC framed structure with an L-shaped plan built at the beginning of the 1960s. Five structures are considered, derived from the first by incorporating: carbon fibre reinforced polymer (FRP)-wrapping of all columns; base-isolation, with high-damping-laminated-rubber bearings (HDLRBs); added damping, with hysteretic damped braces (HYDBs); FRP-wrapping of the first storey columns combined with base-isolation or added damping. A three-dimensional fibre model of the primary and retrofitted structures is considered; bilinear and trilinear laws idealize, respectively, the behaviour of the HYDB, providing that the buckling be prevented, and the FRP-wrapping, without resistance in compression, while the response of the HDLRB is simulated by using a viscoelastic linear model. The effectiveness of the retrofitting solutions is tested with nonlinear dynamic analyses based on biaxial accelerograms, whose response spectra match those in the Italian seismic code.
현재 시행되고 있는 수목 보강의 단점을 보완할 수 있는 새로운 보강법을 개발하기 위하여 거수의 풍하중에 의한 거동특성을 유한요소해석기법을 사용하여 파악하였다. 개발한 유한요소모델은 속리의 정이품송을 토대고 구성하였다. 새로운 보강법으로 시도된 FRP wrap으로 보강된 나무에 대한 구조해석을 풍하중하에서 수행하였다. 그 결과 FRP wrapping에 의한 명확한 구조적 안정성의 증가를 보였으며 그 효과는 지반으로부터 1.2 m높이를 중심으로 wrapping을 한 모델에서 안정성증대효과가 극대화되는 것으로 나타났다. 본 연구의 해석결과가 향후 실물 실험을 통해 타당한 것으로 입증된다면, 수목 보강기법의 새로운 가이드라인을 제공하게 될 것으로 사료된다.
The need for establishing the contribution of pultruded FRP encasements and additional FRP wraps around these encasements to the shear strength and load-deflection behavior of reinforced concrete beams is the main motivation of the present study. This paper primarily focuses on the effect of additional wrapping around the composite beam on the flexural and shear behavior of the pultruded GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) beams infilled with reinforced concrete, taking into account different types of failure according to av/H ratio (arch action, shear-tension, shear-compression and pure bending). For this purpose, nine hybrid beams with variable shear span-to-depth ratio (av/H) were tested. Hybrid beams with 500 mm, 1000 mm, and 1500 mm lengths and cross-sections of 150x100 mm and 100x100 mm were tested under three-point and four-point loading. Based on the testing load-displacement relationship, ductility ratio, energy dissipation capacity of the beams were evaluated with comprehensive macro damage analysis on pultruded GFRP profile and GFRP wrapping. The GFRP wraps were established to have a major contribution to the composite beam ductility (90-125%) and strength (40-75%) in all ranges of beam behavior (shear-dominated or dominated by the coupling of shear and flexure). The composite beams with wraps were showns to reach ductilities and strength values of their counterparts with much greater beam depth.
FRP has been used widely for insulator. FRP consists of fiber and resin. The fiber contributes the high strength and modulus to the composite. The fiber orientation in FRP has a great effect on the strength of FRP because the strength of FRP mainly depends on the strength of fiber. In this study, FRP was made unidirectionally by pultrusion method. Outer part of the FRP was made by filament winding method to give fiber orientation to the FRP. And outer part of FRP was also made by wrapping method. The bending strength and bending stresses of FRP rods were simulated according to the winding orientation of glass fiber. The bending strength of FRP was also evaluated. The results of simulation and evaluation were compared each other to investigate main stresses which affect the fracture of FRP. The main stresses which had a great effect on the strength of FRP were shear stresses. Bending strength of the FRP was different with the winding angle. The bending strength of $15^{\circ}$ winded FRP was the highest.
This study is to examine the feasibility of carbon fiber sheet(CFS), a kind of fiber reinforced plastic(FRP), for a repair and reinforcement of R/C beams. The flexural strength of R/C beams, that were preloaded and then the cracks were repaired, maintains that of the uncracked R/C beams. The flexural strength of R/C beams increases with the reinforcement of CFS. In order to practically apply the repair and reinforcement method, further research is needed for the distribution, amount, and bond of CFS. In this study, an experiment was conducted for R/C beams reinforced with CFS, for various wrapping method and amounts of CFS. Experimental results showed the wrapping method increasing the bond area and amount of CFS layer caused the increase in the strength of the beams. It is found that the strength of CFS should be used as 70% of the maximum strength in retrofitting reinforced concrete beams in evaluating flexural capacity on the basis of ultimate strength design method.
FRP rebar has low bond performance than steel rebar. Usually, FRP rebar has about 60% of bond strength of steel rebar. Without adequate bond to concrete, the full composite action between reinforcement and concrete matrix can not be achieved. Therefore, FRP rebars must also have surface deformations that provide good bond to concrete. The purpose of this research was decided an optimum surface deformation patterns through bond test of FRP rebar. Eighteen surface deformation patterns of FRP rebar with widely different geometries were investigated. Based on the test results, we established optimum surfale deformation pattern. Bond tests were performed for three types of surface deformation patterns of FRP rebar including sand coated rebar, ribbed rebar, and wrapped and sand coated rebar that commercially available, and two types of FRP rebar including CFRP, GFRP rebars that optimum surface deformation pattern is applied. According to bond test results, FRP rebars that optimum surface deformation pattern is applied were found to have better bond strength with concrete than currently using FRP rebar.
Concrete filled steel tubular members (CFST) become a popular choice for modern building construction due to their numerous structural benefits and at the same time aging of those structures and member deterioration are often reported. Therefore, actions like implement of new materials and strengthening techniques become essential to combat this problem. The application of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) with concrete structures has been widely reported whereas researches related to strengthening of steel structures using fibre reinforced polymer (FRP) have been limited. The main objective of this study is to experimentally investigate the suitability of CFRP to strengthening of CFST members under flexure. There were three wrapping schemes such as Full wrapping at the bottom (fibre bonded throughout entire length of beam), U-wrapping (fibre bonded at the bottom throughout entire length and extended upto neutral axis) and Partial wrapping (fibre bonded in between loading points at the bottom) introduced. Beams strengthened by U-wrapping exhibited more enhancements in moment carrying capacity and stiffness compared to the beams strengthened by other wrapping schemes. The beams of partial wrapping exhibited delamination of fibre and were failed even before attaining the ultimate load of control beam. The test results showed that the presence of CFRP in the outer limits was significantly enhanced the moment carrying capacity and stiffness of the beam. Also, a non linear finite element model was developed using the software ANSYS 12.0 to validate the analytical results such as load-deformation and the corresponding failure modes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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