International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.1
no.1
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pp.37-43
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2007
This paper discusses the failure mode of reinforced concrete beams strengthened with composite materials based on six experimental set-ups to determine the FRP-to-concrete bond strength. Interfacial bond behavior between concrete and CFRP plates was discussed. Shear test were performed with different concrete compressive strengths (21 MPa and 28 MPa) and different bonding length (100 mm, 150 mm, 200 mm, and 250 mm). Shear test results indicate that the effective bond length (the bond length beyond which the ultimate load does not increase) was estimated as $196{\sim}204\;mm$ through linear regression analysis. Failure mode of specimens occurred due to debonding between concrete and CFRP plates. Maximum bond stress is calculated as about $3.0{\sim}3.3\;MPa$ from the relationships between bond stress and slip. Finally, the interfacial bond-slip model between CFRP plates and concrete, which is governed debonding failure, has been estimated from shear tests. Average bond stress was about $1.86{\sim}2.04\;MPa$, the volume of slip between CFRP plate and concrete was about $1.45{\sim}1.72\;mm$, and the fracture energy was found to be about $1.35{\sim}1.71\;N/mm$.
This paper aims to study the local bond stress-slip behavior of reinforcing bars embedded in lightweight aggregate concrete (LWAC). The experimental variables of the local bond stress-slip tests include concrete strength (20, 40 and 60 MPa), deformed steel bar size (#4, #6 and #8) and coarse aggregate (normal weight aggregate, reservoir sludge lightweight aggregate and waterworks sludge lightweight aggregate). The test results show that the ultimate bond strength increased with the increase of concrete compressive strength. Moreover, the larger the rib height to the diameter ratio ($h/d_b$) of the deformed steel bars is, the greater the ultimate bond stress is. In addition, the suggestion value of the CEB-FIP Model Code to the LWAC specimen's ultimate bond stress is more conservative than that of the normal weight concrete.
In this study, a numerical model for the simulation of reinforced concrete columns subject to cyclic loading is presented. The model consists of three separate models representing concrete, reinforcing steel bars and bond-slip between a reinforcing bar and ambient concrete. The concrete model is represented by the plane stress plastic-damage model and quadrilateral finite elements. The nonlinear steel bar model embedded in truss elements is used for longitudinal and transverse reinforcing bars. Bond-slip mechanism between a reinforcing bar and ambient concrete is discretized using connection elements in which the hysteretic bond-slip link model defines the bond stress and slip displacement relation. The three models are connected in finite element mesh to represent a reinforced concrete structure. From the numerical simulation, it is shown that the proposed model effectively and realistically represents the overall cyclic behavior of a reinforced concrete column. The present plastic-damage concrete model is observed to work appropriately with the steel bar and bond-slip link models in representing the complicated localization behavior.
Recently, the external bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets has come to be regarded as a very effective method for strengthening of reinforced concrete structures. The behavior of CFRP-strengthened RC structure is mainly governed by the interfacial behavior, which represents the stress transfer and relative slip between concrete and the CFRP sheet. In this study, the effects of bonded length, width and concrete strength on the interfacial behavior are verified and a bond-slip model is proposed. The proposed bond-slip model has nonlinear ascending regions and exponential descending regions, facilitated by modifying the conventional bilinear bond-slip model. Finite element analysis results of interface element implemented with bond-slip model have shown good agreement with the experimental results performed in this study. It is found that the failure load and strain distribution predicted by finite element analysis with the proposed bond-slip are in good agreement with results of experiments.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.917-922
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2002
This paper deals with the estimation of the maximum crack widths considering bond-slip relationships based on experimental data that were tensed by axial force. It is certificated that the concrete stress condition clearly affects the bond-slip relationship. The proposed method utilizes the conventional crack and bond-slip theories as well as the characteristics of deformed reinforcement and size effects. An analytical equation for the estimation of the maximum flexural crack width is formulated as a function of minimum crack length and the coefficient of bond stress effect. The validity, accuracy and efficiency of the proposed method are established by comparing the analytical results with the experimental data and the major specifications (e.g., ACI, CEB-FIP Model code, Turocode 2, JSCE, etc.). The analytical results presented in this paper indicate that the proposed method can be effectively estimated the maximum flexural crack width of reinforced concrete.
This paper presented an experimental study of the bond-slip behavior of reactive powder concrete (RPC)-filled square steel tube. A total of 18 short composite specimens were designed forstatic push-out test, and information on their failure patterns, load-slip behavior and bond strength was presented. The effects of width-to-thickness ratio, height-to-width ratio and the compressive strength of RPC on the bond behavior were discussed. The experimental results show that:(1) the push-out specimens remain intact and no visible local buckling appears on the steel tube, and the interfacial scratches are even more pronounced at the internal steel tube of loading end; (2) the bond load-slip curves with different width-to-thickness ratios can be divided into two types, and the main difference is whether the curves have a drop in load with increasing slip; (3) the bond strength decreases with the increase of the width-to-thickness ratio and height-width ratio, while the influence of RPC strength is not consistent; (4) the slippage has no definite correlation with bond strength and the influence of designed parameters on slippage is not evident. On the basis of the above analysis, the expressions of interface friction stress and mechanical interaction stress are determined by neglecting chemical adhesive force, and the calculation model of bond strength for RPC filled in square steel tube specimens is proposed. The theoretical results agree well with the experimental data.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1993.04a
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pp.194-200
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1993
The objective of this study is to clarify analytically the pullout behavior of axial bars from a footing. The bond stress-slip model obtained from the results by the finite element method as well as the pullout tests in massive concrete was used in order to evaluate the slip of bars from the footing. Also, the process of bond mechanism was taken into consideration on order to express the deterioration of bond stress along bars, The shape and magnitude of bond stress distribution depends upon each loading steps. Using equilibrium equation of axial force, $\tau$-S relationship and $\sigma$s-$\varepsilon$s relationship, the differential equations of each loading steps are derived. Applying both boundary and equilibrium conditions to the equations, the amount of slip could be determined. Calculated values on the basis of proposed method evaluation of the slip of bars have a good agreement with the experimental results.
Adherence between reinforcement and the surrounding concrete is usually ignored in finite element analysis (FEA) of reinforced concrete (RC) members. However, load transition between the reinforcement and surrounding concrete effects RC members' behavior a great deal. In this study, the effects of bond-slip on the FEA of RC members are examined. In the analyses, three types of bond-slip modeling methods (perfect bond, contact elements and spring elements) and three types of reinforcement modeling methods (smeared, one dimensional line and three dimensional solid elements) were used. Bond-slip behavior between the reinforcement and surrounding concrete was simulated with cohesive zone materials (CZM) for the first time. The bond-slip relationship was identified experimentally using a beam bending test as suggested by RILEM. The results obtained from FEA were compared with the results of four RC beams that were tested experimentally. Results showed that, in FE analyses, because of the perfect bond occurrence between the reinforcement and surrounding concrete, unrealistic strains occurred in the longitudinal reinforcement. This situation greatly affected the load deflection relationship because the longitudinal reinforcements dominated the failure mode. In addition to the spring elements, the combination of a bonded contact option with CZM also gave closer results to the experimental models. However, modeling of the bond-slip relationship with a contact element was quite difficult and time consuming. Therefore bond-slip modeling is more suitable with spring elements.
The bond performance of glass fibre reinforced polymer (GFRP) bars and that of steel bars embedded in Alkali Activated Cement (AAC) concrete are analysed and compared using pull-out specimens. The bond failure modes, the average bond strength and the free end bond stress-slip curves are used for comparison. Tepfers' concrete ring model is used to further analyse the splitting failure in ribbed steel bar and GFRP bar specimens. The angle the bond forces make with the bar axis was calculated and used for comparing bond behaviour of ribbed steel bar and GFRP bars in AAC concrete. The results showed that bond failure mode plays a significant role in the comparison of the average bond stress of the specimens at failure. In case of pull-out failure mode, specimens with ribbed steel bars showed a higher bond strength while specimens with GFRP bars showed a higher bond stress in case of splitting failure mode. Comparison of the bond stress-slip curves of ribbed steel bars and GFRP bars depicted that the constant bond stress region at the peak is much smaller in case of GFRP bars than ribbed steel bars indicating a basic bond mechanism difference in GFRP and ribbed steel bars.
The use of recycled aggregate in concrete is gaining much attention due to the growing need for sustainability in construction. In the present study, Self Compacting Concrete (SCC) is made using both natural and recycled aggregate (crushed recycled concrete aggregate from building demolished waste) and performance of recycled aggregate based SCC for the bond behaviour of reinforcement is evaluated. The major factors that influence the bond like concrete compressive strength (Mix-A, B and C), diameter of bar ($D_b=10$, 12 and 16 mm) and embedment length of bar ($L_d=2.5Db$, $5D_b$ and full depth of specimen) are the parameters considered in the present study in addition to type of aggregates (natural and recycled aggregates). The mix proportions of Natural Aggregate SCC (NASCC) are arrived based on the specifications of IS 10262. The mix proportions also satisfy the guidelines of EFNARC. In case of Recycled Aggregate SCC (RASCC), both the natural coarse and fine aggregates are replaced 100% by volume with that of recycled aggregates. These mixes are also evaluated for fresh properties as per EFNARC. The hardened properties like compressive strength, split tensile strength and flexural strength are also determined. The pull-out test is conducted as per the specifications of IS 2770 (Part-1) for determining the bond strength of reinforcement. Bond stress versus slip curves were plotted and a typical comparison of RASCC is made with NASCC. The fracture energy i.e., area under the bond stress slip curve is determined. With the use of recycled aggregates, reduction in maximum bond stress is noticed whereas, the normalised maximum bond stress is higher in case of recycled aggregates. Based on the experimental results, regression analysis is conducted and an equation is proposed to predict the maximum bond stress of RASCC. The equation is in good agreement with the experimental results. The available models in the literature are made use to predict the maximum bond stress and compare the present results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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