This study presents the experimental results of twenty three reinforced concrete beams with rectangular web openings externally strengthened with Fiber Reinforced Polymers (FRP) composites bonded around openings. All tested beams had the same geometry and reinforcement details. At openings locations, the stirrups intercepted the openings were cut during fabrication of reinforcement cage to simulate the condition of inclusion of an opening in an existing beam. Several design parameters are considered including the opening dimensions and location in the shear zone, the wrapping configurations, and the amount and the type of the FRP composites in the vicinity of the openings. The wrapping configurations of FRP included: sheets, strips, U-shape strips, and U-shape strips with bundles of FRP strands placed at the top and sides of the beam forming a fan under the strips to achieve closed wrapping. The effect of these parameters on the failure modes, the ultimate load, and the beam stiffness were investigated. The shear contribution of FRP on the shear capacity of tested beams with web openings was estimated according to ACI Committee 440-08, Canadian Standards S6-06, and Khalifa et al. model and examined against the test results. A modification factor to account for the dimensions of opening chords was applied to the predicted gain in the shear capacity according to ACI 440-08 and CSA S6-06 for bonded Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) around openings. The analytical results after incorporating the modification factor into the codes guidelines showed good agreement with the test results.
The purpose of this study is to investigate the shear strengthening effectiveness of the beams strengthened with near surface mounted (NSM) and external bonded (EB) CFRP strips. A total of nine concrete beams were made and tested. From this study, it was found that the shear stiffness and strength of the beams strengthened with NSM and EB strips were significantly improved compared to the control beam. Failure of the beam strengthened with NSM and EB strips was initiated by shear cracks, propagated diagonally to the adjacent epoxy grooves without crossing the epoxy and finally sudden diagonal crack connecting the point of application of load and flexural crack was occurred. For the beam strengthened combined with NSM and EB CFRP strips, the tensile strains in the NSM CFRP strips were observed in the range of 0.35% to 0.45% and strains with EB strips were measured about 0.3%.
Practical seismic assessment and design of retrofit for the multitude of small ecclesiastical monuments that abound in the Balkans is the subject of this work. Application of the proposed procedures and methodologies are illustrated in an example case study, a small byzantine church located in Western Greece, which is the region with the highest seismicity in Europe. The church, known as the Fragavilla Monastery, had remained almost undamaged for 800 years, until 1993 when the Pyrgos earthquake caused critical damage mainly in the vaults. Linear elastic analysis to the recorded ground motion, capped by a biaxial failure criterion reproduced the developed damage. The same modelling and analysis procedure was subsequently used for assessment of the intended retrofitting measures. Proposed retrofitting measures included mitigation of the undesirable implications of past interventions along with a combination of strengthening schemes with externally bonded AFRPs strategically placed in the structure. The effectiveness of the proposed solutions is gauged by successful reduction of stress intensity in the critical regions and mitigation of stress localization throughout the structure.
Strength of reinforced concrete beams can easily be increased by the use of externally bonded CFRP composites. However, the mode of failure of CFRP strengthened beam is usually brittle due to tension-shear failure in the concrete substrate or bond failure near the CFRP-Concrete interface. In order to improve the ductility of CFRP strengthened concrete beams, critical variables need to be investigated. This experimental and analytical research focused on a series of reinforced concrete beams strengthened with CFRP composites to enhance the flexural capacity and ductility. The main variables were the amount of CFRP composites, the amount of longitudinal and shear reinforcement, and the effect of CFRP end diagonal anchorage system. Sixteen full-scale beams were investigated. A new design guideline was proposed according to the effects of the above-mentioned variables. The experimental and analytical results were found to be in good agreement.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.75-80
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2001
This paper investigates the flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with externally bonded fiber reinforced plastic (FRP) sheets is investigated in this work. FRP is attractive for strengthening the RC beams due to its good tensile strength, low weight, resistance to corrosion, and easy applicability. A simple and direct analytical procedure for evaluating the ultimate flexural capacity of FRP strengthened reinforced concrete (SRC) beams is presented using the equilibrium equations and compatibility of strains. Upper and lower limits of FRP sheet area to ensure the ductile behavior are established. A parametric study is conducted to investigate the effects of design variables such as sheet area, sheet stiffness and strength, concrete compression strength, and steel reinforcement ratio. The analytical procedure is compared with results of experimental data available in the literature.
Kansara, Kunal D.;Ibell, Tim J.;Darby, Antony P.;Evernden, Mark
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.4
no.1
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pp.25-36
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2010
This paper presents the influence of various flexural strengthening design criteria specified by three important design guidelines (ACI440, TR55, FIB14) on the resulting strength, ductility and conservativeness of FRP strengthened RC elements. Various generalised mathematical relations in non-dimensional form are presented that can be employed to develop design aids for the FRP-strengthening process. A design methodology is prescribed based on these equations enabling the designer to optimally and intuitively incorporate sufficient ductility while designing for strength. In order to better interpret conservativeness within design codes, four distinct levels of embedded conservativeness are identified, which cover the entire range of sources of conservativeness. Finally, a detailed parametric study is presented, using the proposed design equations and methodology, to determine the influence of each of these four levels of conservativeness on final design solutions. Specific criteria that are useful while calibrating design guidelines are also presented.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.499-511
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2016
Reinforced concrete (RC) beams strengthened by externally bonded reinforcement often fail by debonding. This paper presents an experimental and analytical study aimed at better understanding and modeling the fiber reinforced polymer (FRP) debonding failures in strengthened RC beams under monotonic and cyclic loads. In order to investigate the flexural behavior and failure modes of FRP-strengthened beams under monotonic and cyclic loadings, an experimental program was carried out. An analytical study based on the energy balance of the system was also performed. It considers the dominant mechanisms of energy dissipation during debonding and predicts the failure load of the strengthened beams. Validation of the model was carried out using test data obtained from the own experimental investigation.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.191-194
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2001
A partially coupled thermo-piezoelectric-mechanical triangular finite element model of composite laminates with surface bonded piezoelectric actuators, subjected to externally applied mechanical load, temperature change load, electric field load is developed. The governing differential equations are obtained by applying the principle of free energy and variational techniques. A higher order zigzag theory displacement field is employed to accurately capture the transverse shear and normal effects in laminated composite plates of arbitrary thickness. Nonconforming shape functions by Specht are employed in the transverse displacement variables. Numerical examples demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed triangular plate element.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.965-970
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2002
The strengthening of concrete structures in situ with externally bonded carbon fiber is increasingly being used for repair and rehabilitation of existing structures. Carbon fiber is attractive for this application due to its good tensile strength, resistances to corrosion, and low weight. Generally bond strength and behavior between concrete and carbon fiber mesh(CFM) is very important, because of the enhanced bond of CFM. Therefore if bond strength is sufficient, it will be expected to enhance reinforcement effect. If insufficient, reinforcement effect can not be enhanced because of bond failure between concrete and CFM. This study is to investigate the bond strength of CFM to the concrete using direct pull-out test and tensile-shear test. The key variables of the experiment are the location of clip, number of clips and thickness of cover mortar. The general results indicate that the clip anchorage technique for increasing bond strength with CFM appear to be effective to maintain the good post-failure behavior.
Seo, Sok-Yeong;Cheung, Jin-Hwan;Kim, Seong-Do;Cho, Baik-Soon;Park, Jeong-Yong
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.161-164
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2005
The flexural behavior of a strengthened beam, that is a reinforced. concrete beam with externally bonded fiber sheets, was theoretically and experimentally investigated. The effects of the amount of glass fiber sheets varying from 1 to 4 plies on the flexural capacity of the strengthened beam are also examined. The flexural rigidity of the strengthened beam was enhanced compared with RC beam. In addition, the failure mode and load-deflection relationship for the strengthened beam and the comparison of analysis with experiment are extensive investigated. Finally, the determination of the nominal moment capacity $M_n$ of the strengthened beam will be discussed
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[게시일 2004년 10월 1일]
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