In this research, the application of ultrasonic pulse velocity (UPV) test as a nondestructive method for estimating some of the mechanical and dynamic properties of reactive powder concrete (RPC) containing steel and polyvinyl alcohol (PVA) fibers, as well as their combination was explored. In doing so, ten different mix designs were prepared in 19 experimental groups of specimens containing three different volume contents of steel fibers (i.e., 1, 2, and 3 %) and PVA fibers (i.e., 0.25, 0.5, and 0.75 %), as well as hybrid fibers (i.e., 0.25-0.75, 0.5-0.5, and 0.75-0.25 %). The specimens in these groups were prepared under the two curing regimes of normal and heat treatment. Moreover, the UPV test results were employed to estimate the compressive strength, dynamic modulus, shear modulus, and Poisson's ratio of the RPC concrete and to investigate the quality level of the used concrete. At the end, the effect of the specimen shape and in fact the measuring distance length on the UPV results was explored. The results of this research suggest that the steel fiber-containing RPC specimens demonstrate the highest level of ultrasonic pulse velocity as well as the highest values of the mechanical and dynamic properties. Moreover, heat treatment has a positive effect on the density, UPV, dynamic modulus, Poisson's ratio, and compressive strength of the RPC specimens, whereas it leads to a negligible increase or decrease in the shear modulus and static modulus of elasticity. Furthermore, the specimen shape affects the UPV of fiber-lacking specimens while negligibly affecting that of fiber-reinforced specimens.
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.
Recycled aggregate concrete (RAC) is rarely used in load-carrying structural members. To widen its structural application, the compressive behavior of a promising type of composite column, steel-fiber reinforced polymer (FRP) double-tube confined RAC column, has been experimentally and analytically investigated in this study. The objectives are the different performance of such columns from their counterparts using natural aggregate concrete (NAC) and the different mechanisms of the double-tube and single-tube confined concrete. The single-tube confined concrete refers to that in concrete-filled steel tubular (CFST) columns and concrete-filled FRP tubular (CFFT) columns. The test results showed that the use of recycled coarse aggregates (RCA) affected the axial load-strain response in terms of deformation capacity but such effect could be eliminated with the increasing confinement. The composite effect can be triggered by the double confinement of the steel and carbon FRP (CFRP) tubes but not by the steel and polyethylene terephthalate (PET) FRP tubes. The proposed analysis-oriented stress-strain model is capable to capture the load-deformation history of such steel-FRP double-tube confined concrete columns under axial compression.
Foam concrete can be considered as environmental friendly material due to its low weight, its minimal cost and a possibility to add waste materials in its production. This paper investigates the possibility of producing foam concrete with waste glass as powder and aggregate. Then, the effect of using waste glass on strength and drying shrinkage of foam concrete was examined. Also, the effect of incorporating polypropylene fibers (12 mm length and proportion of 0.5% of a mix volume) on distribution of waste glass as coarse particles within 1200 kg/m3 foam concrete mixes was evaluated. Waste glass was used as powder (20% of cement weight), as coarse particles (25%, 50% and 100% instead of sand volume) and as fine particles (25% instead of sand volume). From the results, the problem of non-uniform distribution of coarse glass particles was successfully solved by adding polypropylene fibers. It was found that using of waste glass as coarse aggregate led to reduce the strength of foam concrete mixes. However, using it with polypropylene fibers in combination helped in increasing the strength by about 29- 50% for compressive and 55- 71% for splitting tensile and reducing the drying shrinkage by about (31- 40%). In general, not only the fibers role but also the uniformly distributed coarse glass particles helped in improving and enhancing the strength and shrinkage of the investigated foam concrete mixes.
This paper presents the results of cyclic loading tests on new high-strength concrete (HC) short columns. The seismic performance and deformation capacity of three reinforced high-strength concrete filled Polyvinyl Chloride tube (RHC-PVCT) short columns and one reinforced high-strength concrete (RHC), under pseudo-static tests (PSTs) with vertical axial force was evaluated. The main design parameters of the columns in the tests were the axial compression ratio, confinement type, concrete strength, height-diameter ratio of PVCT. The failure modes, hysteretic curves, skeleton curves of short columns were presented and analyzed. Placing PVCT in the RHC column could be remarkably improved the ultimate strength and energy dissipation of columns. However, no fiber element models have been formulated for computing the seismic responses of RHC-PVCT columns with PVT tubes filled with high-strength concrete. Nonlinear finite element method (FEM) was conducted to predict seismic behaviors. Finite element models were verified through a comparison of FEM results with experimental results. A parametric study was then performed using validated FEM models to investigate the effect of several parameters on the mechanical properties of RHC-PVCT short columns. The parameters study indicated that the concrete strength and the ratio of diameter to height affected the seismic performance of RHC-PVCT short column significantly.
This paper presents a tri-linear restoring force model based on the test results of 12 circular RC columns strengthened by CFRP strips under low cyclic loading. The pre-stress of CFRP strips and axial load ratio of specimens are considered as the affect parameters of the proposed model. All essential characteristics of the hysteretic behavior of the proposed model, including the hysteretic rules, main performance points, strength degradation, stiffness degradation and confinement effects are explicitly analyzed. The calculated results from the proposed model are in good agreement with the experimental results, which shows that the recommended model can be reliably used for seismic behavior predictions of circular RC columns strengthened by pre-stressed CFRP strips.
Fiber Reinforced Polymer (FRP), which has a high strength to weight ratio, are now regularly used for strengthening of deficient reinforced concrete (RC) structures. While various researches have been conducted on FRP strengthening, an area that still requires attention is predicting the debonding failure load of prestressed FRP strengthened RC beams. Application of prestressing increases the capacity and reduces the premature failure of the beams largely, though not entirely. Few analytical methods are available to predict the failure loads under flexure failure. With this paucity, this research proposes a method for predicting debonding failure induced by intermediate crack (IC) for prestressed FRP-strengthened beams. The method consists of a numerical study on beams retrofitted with prestressed FRP in the tension side of the beam. The method applies modified Branson moment-curvature analysis together with the global energy balance approach in combination with fracture mechanics criteria to predict failure load for complicated IC-induced failure. The numerically simulated results were compared with published experimental data and the average of theoretical to experimental debonding failure load is found to be 0.93 with a standard deviation of 0.09.
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.
The effectiveness of the use of modern repair schemes for the seismic retrofit of existing RC structures were assessed on a comparative experimental study of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) strips and sheets for the repair of reinforced concrete members of RC frames, damaged because of cyclic loading. Two virgin, single - story, one - bay, 1/3 - scale frame specimens were tested under cyclic horizontal loading, up to a drift level of 4%. Then, virgin specimens, B and F, respectively, were repaired and retested in the same way. One, specimen RB, was repaired with epoxy injections and CFRP strips and one, specimen RF, was repaired with epoxy injections and CFRP sheets. The two specimens are used to examine the differences between the structural behavior of frames repaired using CFRP strips and frames repaired using CFRP sheets. Both qualitative and quantitative conclusions, based on the observed maximum loads, loading and reloading stiffness, hysteretic energy absorption and failure mechanisms are presented and compared. The repaired frames recovered their strength, stiffness and energy dissipated reasonably. The use of CFRP sheets was found more effective than CFRP strips, due to the proper anchorage.
Over the past couple decades, externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) composites have emerged as a repair and strengthening material for many concrete infrastructure applications. This paper presents an analytical investigation of the use of carbon FRP (CFRP) for a specific problem that occurs in concrete bridge girders wherein the girder ends are damaged by excessive exposure to deicing salts and numerous freezing/thawing cycles. A 3D finite element (FE) model of a full scale prestressed concrete (PC) I-girder is used to investigate the effect of damage to the cover concrete and stirrups in the end region of the girder. Parametric studies are performed using externally bonded CFRP shear laminates to determine the most effective repair schemes for the damaged end region under a short shear span-to-depth ratio. Experimental results on shear pull off tests of CFRP laminates that have undergone accelerated aging are used to calibrate a bond stress-slip model for the interface between the FRP and concrete substrate and approximate the reduced bond stress-slip properties associated with exposure to the environment that causes this type of end region damage. The results of these analyses indicate that this particular application of this material can be effective in recovering the original strength of PC bridge girders with damaged end regions, even after environmental aging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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