• Coupled systems mechanics
• /
• 제10권2호
• /
• pp.161-184
• /
• 2021

Strengthening of reinforced concrete beams with externally bonded fiber reinforced polymer plates/sheets technique has become widespread in the last two decades. Although a great deal of research has been conducted on simply supported RC beams, a few studies have been carried out on continuous beams strengthened with FRP composites. This paper presents a simple uniaxial nonlinear analytical model that is able to accurately estimate the load carrying capacity and the behaviour of damaged RC continuous beams flexural strengthened with externally bonded prestressed composite plates on both of the upper and lower fibers, taking into account the thermal load. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, i.e., the damaged concrete beam, the FRP plate and the adhesive layer. The flexural analysis results and analytical predictions for the prestressed composite strengthened damaged RC continuous beams were compared and showed very good agreement in terms of the debonding load, yield load, and ultimate load. The use of composite materials increased the ultimate load capacity compared with the non strengthened beams. The major objective of the current model is to help engineers' model FRP strengthened RC continuous beams in a simple manner. Finally, this research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the FRP-damaged RC hybrid structures.

• Computers and Concrete
• /
• 제31권3호
• /
• pp.173-184
• /
• 2023

In this study, the flexural behaviors of one- and two-way reinforced concrete (RC) slabs strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) strips under impact loads were investigated. The flexural strengthening of RC slabs under simulated static monotonic loads has been comprehensively studied. However, the flexural behavior of RC slabs strengthened with CFRP strips has not been investigated extensively, particularly those conducted numerically. Nonlinear three-dimensional finite element models were developed, executed, and verified against previous experimental results, producing satisfactory models with approximately 4% error. The models were extended to a parametric study, considering three geometric parameters: the slab rectangularity ratio, CFRP strip width, and CFRP strip configuration. Finally, the main results were used to derive a new formula for predicting the total deflection of RC slabs strengthened with CFRP strips under impact loads with an error of approximately 10%. The proposed equation reflected the slab rectangularity, CFRP strip width, equivalent slab stiffness, and dropped weight. Results indicated that the use of CFRP strips enhanced the overall impact performance, the wider the CFRP width, the better the enhancement. Moreover, the application of diagonally oriented CFRP strips diminished the cracking zone compared to straight strips. Additionally, the diagonal orientation of CFRP strips was more efficient for two-way slabs while the vertical orientation was found to be better in the case of one-way slabs.

• Advances in materials Research
• /
• 제11권2호
• /
• pp.91-109
• /
• 2022

This paper presents a closed-form higher-order analysis of interfacial shear stresses in RC continuous beams strengthened with bonded prestressed laminates. For retrofitting reinforced concrete continuous beams is to bond fiber reinforced prestressed composite plates to their tensile faces. An important failure mode of such plated beams is the debonding of the composite plates from the concrete due to high level of stress concentration in the adhesive at the ends of the composite plate. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, where both the shear and normal stresses are assumed to be invariant across the adhesive layer thickness. In the present theoretical analysis, the adherend shear deformations are taken into account by assuming a parabolic shear stress through the thickness of both the RC continuous beams strengthened with bonded prestressed laminates. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. A parametric study has been conducted to investigate the sensitivity of interface behavior to parameters such as laminate stiffness and the thickness of the laminate where all were found to have a marked effect on the magnitude of maximum shear and normal stress in the composite member.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제85권4호
• /
• pp.511-529
• /
• 2023

This paper aims to better understand the bonding behavior in Reinforced Concrete beams strengthened with an Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (RCUHPFRC) layer on the compression side using experimental tests and numerical analyses. The UHPFRC mix design was obtained through an optimization procedure, and the characterization of the materials included compression and slant shear tests. Flexural tests were carried out in RC beams and RC-UHPFRC beams. The tests demonstrated a debonding of the UHPFRC layer. In addition, 3D finite element analyses were carried out in the Abaqus CAE program, in which the interface is modeled considering a zero-thickness cohesive-contact approach. The cohesive parameters are investigated, aiming to calibrate the numerical models, and a sensitivity analysis is performed to check the reliability of the assumed cohesive parameters and the mesh size. Finally, the experimental and numerical values are compared, showing a good approximation for both the RC beams and the RC strengthened beams.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제27권4호
• /
• pp.247-254
• /
• 2014

본 논문에서는 유공형 형상의 GFRP 판으로 전단 보강된 플랫 플레이트의 전단거동을 실험을 통해 평가하였다. GFRP 판은 개구부가 있는 판의 형태로서 콘크리트와의 일체화 거동을 위하여 콘크리트에 매립하여 시공하였다. 실험 변수로는 기둥면과 첫 번째 GFRP 판의 세로 스트립 사이의 간격, GFRP 판의 세로 스트립의 개수를 선정하였다. GFRP 판의 세로 스트립의 개수가 증가할수록 전단강도도 증가하는 결과를 보여주었다. 실험결과를 바탕으로 GFRP 판으로 보강된 플랫 플레이트의 전단강도가 ACI 318, BS 8110, EUROCODE 2, KCI에서 제시하고 있는 전단강도와 비교하여 가장 합리적인 규준을 평가하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제15권2호
• /
• pp.161-169
• /
• 2011

본 연구에서는, 철근 밀집 감소, 노무비 및 보수 보강비 절약, 향상된 부식 저항성, 공기 단축 등의 장점을 가지고 있는 고성능 철근으로 휨 보강된 이방향 슬래브를 제작하고 구조실험을 실시하였다. 상부 휨철근비, 기둥 인접부 휨철근의 집중배근, 강섬유 보강 콘크리트의 타설을 변수로 하여 실험하였고, 펀칭 전단강도 및 균열후 강성을 일반 철근 및 GFRP bar로 휨 보강된 슬래브의 펀칭 전단실험 결과와 비교하였다. 또한, 휨철근의 변형률 분포 및 균열제어 효과 등을 비교, 분석하였고, 휨철근비 계산을 위한 유효폭 산정 방법을 검토하였다. 고성능 철근의 사용으로 펀칭 전단강도가 향상되었고, 휨 철근량을 감소시킬 수 있었다. 기둥 인접부 휨철근의 집중배근을 통해 철근비의 감소 때문에 작아진 강성을 회복시킬 수 있었고, 훌륭한 변형률 분포 및 균열제어 효과를 나타내었다. 또한, 기둥 인접부에 대한 강섬유 보강 콘크리트의 타설은 펀칭 전단강도의 증가와 균열 제어에 탁월한 효과를 보였다. 휨철근비 산정을 위한 유효폭은 기둥면으로부터 슬래브 두께의 2배 이상으로 확대하는 것이 합리적이라 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제21권1호
• /
• pp.1-29
• /
• 2019

NATM (무근)터널의 라이닝 균열을 분석한 논문과 연계하여 NATM (철근)터널의 결함을 정밀안전진단 사례를 정리하여 결함별 원인을 분석하고자 하였다. NATM (철근)터널에서 콘크리트라이닝은 그 역할에 따라 철근과 같은 보강재를 사용하게 된다. 지반이 불량하거나 안전성 확보를 위한 라이닝 두께의 증가는 굴착단면의 증가와 라이닝 타설 물량의 증가를 유발하나, 철근보강 단면을 설계하여 경제성과 안전성을 함께 도모하게 된다. 시설물안전법에 의한 국내 1종 터널 시설물 중에서 NATM으로 시공된 구간에 철근보강을 실시한 라이닝의 결함 특성을 정리하여 형태별 발생원인을 분석하고자 하였다. 단철근, 복철근과 무근라이닝에 발생되는 균열을 비교하여 철근으로 인한 균열제어 효과를 분석하였다. 다양한 위치에서의 철근노출 사례와 함께 기술하였고 터널에서 고려될 수 있는 라이닝 두께 부족의 원인으로 정밀시공 미흡, 박락, 공용중 라이닝 화재에 의한 폭열, 지진, 용탈의 사례를 기존 연구와 비교하여 분석하였다. 향후 본 연구를 통해 정밀안전진단(터널) 세부지침의 보완 및 개정방향 등을 제시하고자 한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제19권2호
• /
• pp.151-159
• /
• 2015

본 연구에서는 기존 철근콘크리트 구조물 보-기둥 접합부의 내진성능의 개선을 위해 보-기둥 접합부 영역을 FRP보강재 (탄소섬유시트, 아라미드섬유시트, 매입형 CFRP Rod)를 사용하여 보강한 후 내진성능을 평가하였다. 총 7개의 실험체를 제작하고 실험을 수행하여 내진성능을 평가하였으며, 본 연구의 실험결과를 근거로 다음과 같은 결론을 얻었다. 기존 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 접합부 영역을 보강한 결과, 초기 재하시 접합부 영역의 균열억제 효과와 재하 전 과정을 통하여 보강재의 구속효과로 인하여 균열억제 효과가 커서 안정적인 파괴형태 및 내력향상 효과를 나타내었다. 매입형 CFRP Rod와 탄소섬유시트를 활용한 R/C 외부 보-기둥 접합부 실험체 LBCJ-CRUS는 표준실험체 LBCJ와 비교하여 변위연성 4, 7에서 각각 최대내력은 1.54배, 에너지소산능력은 2.36배 증가하였다. 그리고 실험체 LBCJ-CS, LBCJ-AF시리즈는 변위연성 7에서 표준실험체 LBCJ 보다 에너지소산능력이 각각 2.04~2.34, 1.63~3.02배 증가하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제15권1호
• /
• pp.67-76
• /
• 2011

기존의 철근 콘크리트 구조물에서 나타나는, 극한 환경하에서의 철근의 부식 문제 때문에 GFRP 보강근으로 철근을 대체하고 있다. 최근 들어 GFRP를 보강근으로 사용한 보의 성능에 대한 해석적, 실험적 연구가 지속적으로 행해지고 있지만 아직 철근 콘크리트 보의 연구에 대한 수에 비하여 이에 대한 연구 결과는 매우 적어 신뢰성을 얻기 힘든 상황이다. 이에 본 연구에서는 겹침이음된 GFRP 보강근을 보에 적용하여 모멘트-처짐 관계에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험 변수는 GFRP의 보강비와 피복 두께에 대한 것으로 총 6개의 GFRP 보강 콘크리트 보의 실험체가 제작되었다. 모든 실험체는 4000mm의 스팬을 가지고 있으며 12.7mm의 지름을 가지는 GFRP 보강근을 사용하였다. 보강근이 겹침이음된 부분에 일정한 모멘트가 작용하게 하기 위해 2점 가력 방식을 사용하였다. 실험 결과 보강근비의 증가에 따라 극한 하중의 크기가 증가하였다. 파괴 모드는 보강근비에 따라 매우 민감하게 변화하였으며 피복 두께는 인장측의 콘크리트의 탈락에 의해 최대 강도와 처짐량을 결정하는 요인이 되는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제23권6호
• /
• pp.711-722
• /
• 2011

횡보강근이 적게 포함된 보통강도 철근콘크리트 보-기둥 접합부에서 강섬유의 보강효과에 관한 실험적 연구를 진행하였다. 이를 규명하기 위해 총 10개의 접합부 실험체를 제작하였으며, 접합부 횡보강근량과 강섬유 혼입률($V_f$ = 0%, 1%, 1.5%)을 주요변수로 실험하였다. 실험은 총 19싸이클의 반복주기하중의 형태로 가력되었으며 각 싸이클의 반복회수는 2싸이클씩 준정적 지진하중의 형태로 적용되었다. 실험 결과를 통해 보통 강도 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 강섬유를 보강함으로써 횡보강근 감소에 따른 피해정도를 어느 정도 줄일 수 있다는 결론을 얻었고, 또한 강섬유 보강으로 접합부 전단강도를 증가시킬 수 있고 동시에 에너지소산능력을 향상시킬 수 있다는 결론을 도출하였다. 보다 정량적인 평가를 위해 이 연구의 시험체들과 기존의 보-기둥 접합부 RC 시험체들에서 측정된 최대 접합부 전단강도값과 ACI 352R-02의 설계기준식, Jiuru et al.의 제안식, 그리고 Kim et al.의 제안식을 비교 분석하였다. 이러한 분석 결과 Jiuru et al.의 전단강도 제안식이 실험 결과를 과대평가하는데 반해 Kim et al.의 전단강도 제안식은 모든 시험체에 대해 안정적인 결과와 적은 오차범위를 나타내었다. 따라서, 이 연구를 바탕으로 해서 적절한 접합부 배근상세와 함께 강섬유 보강 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 대한 추가적인 연구가 진행된다면, 횡보강근의 감소를 통한 시공의 어려움 해소 및 내진성능의 향상이 가능할 것으로 판단된다.