Fiber reinforced polymer (FRP) bars have been recently used to reinforce concrete members in flexure due to their high tensile strength and especially in corrosive environments to improve the durability of concrete structures. However, FRPs have a low modulus of elasticity and a linear elastic behavior up to rupture, thus reinforced concrete (RC) components with such materials would exhibit a less ductility in comparison with steel reinforcement at the similar members. There were several studies showed the behavior of concrete beams with the hybrid combination of steel and FRP longitudinal reinforcement by adopting the experimental and numerical programs. The current study presents a numerical and analytical investigation based on the data of previous researches. Three-dimensional (3D) finite element (FE) models of beams by using ANSYS are built and investigated. In addition, this study also discusses on the design methods for hybrid FRP-steel beams in terms of ultimate moment capacity, load-deflection response, crack width, and ductility. The effects of the reinforcement ratio, concrete compressive strength, arrangement of reinforcement, and the length of FRP bars on the mechanical performance of hybrid beams are considered as a parametric study by means of FE method. The results obtained from this study are compared and verified with the experimental and numerical data of the literature. This study provides insight into the mechanical performances of hybrid FRP-steel RC beams, builds the reliable FE models which can be used to predict the structural behavior of hybrid RC beams, offers a rational design method together with an useful database to evaluate the ductility for concrete beams with the combination of FRP and steel reinforcement, and motivates the further development in the future research by applying parametric study.
The longitudinal steel connection of reinforced concrete bridge column is sometimes practically unavoidable, however the current Korean bridge design specifications have no special provisions about lap-splices of longitudinal steel. This paper reports experimental results of a research program investigating the seismic performance of circular RC bridge columns with respect to longitudinal steel connection detailing. Twenty-one circular column specimens were tested under quasi-static test. The columns with the entire longitudinal steel lap-spliced within plastic hinge region show relatively sudden strength degradation and low ductility than the columns with continuous longitudinal steel and the columns with half of longitudinal steel lap-spliced. However, the seismic performance of the column with mechanically connected longitudinal steel is similar to that of the column with continuous longitudinal steel. The final objectives of this study are to suggest appropriate longitudinal reinforcement connection details for the limited ductility design concept and to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, collapse, etc. Ultimate displacement/drift ratio, displacement ductility, response modification factor, equivalent viscous damping ratio, residual deformation index, and effective stiffness are investigated and discussed in this paper.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.195-202
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2002
Lap splices of longitudinal reinforcement steels were practically located in the potential plastic hinge region of most bridge columns that were constructed before the 1992 seismic design provision of Roadway Bridge Design Specification in Korea. The objective of this research is to evaluate the seismic performance of shear-critical reinforced concrete(RC) bridge piers with poor detailing of the starter bars in the plastic hinge region, and to develop the enhancement scheme of their seismic capacity by retrofitting with fiber composites. Seven test specimens in the aspect ratio of 2.5 were made with three confinement ratios and two types of lap splices. Quasi-static test was conducted in a displacement-controlled test mode. A significant reduction of displacement ductility ratios were observed for test columns with lap splices of longitudinal steels.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.258-265
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2002
The recent earthquakes in worldwide have caused extensive damage to highway bridge structures. In particular, it has been demonstrated that concrete columns with inadequate lateral reinforcement contributed to the catastrophic collapse of many bridges. The poor detailing of the starter bars in these columns compounded the problem of seismic deficiency. Therefore, this study has been performed to verify the effect of lap spliced longitudinal steel and confinement steel type for the seismic behavior of reinforced concrete bridge piers. Eight concrete columns were constructed with existing scale as diameter, 1.2m and height, 4.8m. 4 confinement steel types were adopted for seismic performance evaluation. All specimens were rested under inelastic cyclic loading while simultaneously subjected to a constant axial load. The longitudinal steel lap-splice is highly effective in seismic performance deterioration of reinforced concrete bridge piers.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.879-884
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2002
The objective of this study is to investigate the seismic capacity of the non-seismically detailed RC bridge piers before and after applying a seismic retrofitting method using stainless steel wire mesh. Total nine circular section RC piers were constructed. Different lap splice longitudinal reinforcement details were adapted for four specimens and various types of stainless steel wire mesh were applied for the remaining five specimens. Harmonic cyclic lateral load was applied on each specimen under a constant axial load. The test results indicated that the existing circular piers have low seismic capacity while the stainless steel wire mesh retrofitting method improves the seismic capacity considerably. In addition, test results revealed that the circular section piers could have a considerable amount of ductility if longitudinal bars are not lap-spliced in potential plastic hinge zone. Based on this experimental study it could be concluded that the seismic performance, that is ductility and energy absorption capacity, of the non-seismically detailed RC bridge piers would be increased by applying the stainless steel wire mesh seismic retrofitting method.
Park Chang Kyu;LEE Bum Gi;Song Hee Won;Chung Young Soo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.692-695
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2004
Seismic performance of reinforced concrete(RC) column bent piers to bidirectional seismic loadings was investigated experimentally. RC column bent piers represent one of the most popular forms of piers used in highway bridges. Further to series of previous experimental researches for the performance of single bridge columns subjected to seismic loadings, four column bent piers were constructed in 400 mm diameter and 2,000 mm height. Each pier has two circular supporting columns. These piers were tested under lateral load reversals with axial load of $0.1f_{ck}A_g$. Bidirectional lateral loadings were applied. The test parameters included: different transverse reinforcement contents and lap-spliced longitudinal reinforcing steels. Test results indicate that lap-splices of longitudinal reinforcing steels have significantly influence on hysteretic response of column bent piers. Column capacity changed with the level of transverse confinement, and bidirectional repeated loadings induced more strength and stiffness degradation than unidirectional repeated loading.
This stability of a plate structure is very crucial problem which results in wrinkle and buckling. In this study, the effect of the pattern of spot-welding points of the two rectangular plates on the compressive and shear buckling load is studied with respect to the thickness, aspect ratio of plates and number of welding spots. Buckling coefficient of the plate not welded was compared with that of two plates with various thickness to extract the effect of thickness. The effect of number of welding spots are studied in two directions, longitudinal and transverse directions. The conclusions obtained were that the reinforcement effect was maximized when the aspect ratio was close to 1.75 at compressive load condition and that the effect of number of welding spots in transverse direction was larger than that in longitudinal direction at shearing load condition.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.6
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pp.173-181
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2000
The stability of a structural plate is a crucial problem which causes wrinkling and buckling. In this paper, the effect of the pattern of spot-welding points in the two rectangular plate on the shear buckling load is studied with respect to the thickness, the aspect ratio of plates, the number of welding spots. Buckling coefficient of the simple plate was compared with that of two plates with various conditions to extract the effect of buckling strength. The effect of the number of welding spots are studied in two directions, longitudinal and transverse directions. The concluded that the reinforcement effect was maximized when the aspect ratio was close to 1.5 and that the effect of number of welding spots in longitudinal direction was larger than that in transverse direction.
Mohammed, Thaer Jasim;Bakar, B.H. Abu;Bunnori, N. Muhamad;Ibraheem, Omer Farouk
Computers and Concrete
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v.16
no.1
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pp.1-16
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2015
The proposed techniques to strengthen concrete members such as steel plates, polymers or concrete have important deficiencies in adherence and durability. The use of UHPFC plates can overtake effectively these problems. In this paper, the possibility of using UHPFC to strengthen RC beams under torsion is investigated. Four specimens of concrete beams reinforced with longitudinal bars only were tested under pure torsion. One of the beams was considered as the baseline specimen, while the others were strengthened by ultra-high-performance fiber concrete (UHPFC) on two, three, and four sides. Finite element analysis was conducted in tandem with experimental work. Results showed that UHPFC enhances the strength, ductility, and toughness of concrete beams under torsional load, and that finite element analysis is in good agreement with the experimental data.
This research investigates the effect of single walled carbon nanotubes (SWCNTs) dimensions in terms of diameter on the mechanical properties (longitudinal and transverse Young's modulus) of the simulated nanocomposites by molecular dynamics (MDs) method. MDs utilized to create nanocomposite models consisting of five case studies of SWCNTs with different chiralities (5, 0), (10, 0), (15, 0), (20, 0) and (25, 0) as the reinforcement and using polymethyl methacrylate (PMMA) as the common matrix. The results show that with increasing of SWCNTs diameter, the mechanical and physical properties increase. It is important that with the increasing of SWCNTs diameter, density, longitudinal and transverse Young's modulus, shear modulus, poisson's ratio, and bulk modulus of simulated nanocomposite from (5, 0) to (25, 0) approximately becomes 1.54, 3, 2, 1.43, 1.11 and 1.75 times more than (5, 0), respectively. Then to validate the results, the stiffness matrix is obtained by Materials studio software.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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