In this work, the anodic oxidation of carbon fibers was carried out to enhance the mechanical interfacial properties of carbon fibers-reinforced epoxy matrix composites. The surface characteristics of the carbon fibers were studied by FTIR, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning electron microscopy (SEM). Also, the mechanical interfacial properties of the composites were studied with interlaminar shear strength (ILSS), critical stress intensity factor ($K_{IC}$), and critical strain energy release rate ($G_{IC}$). The anodic oxidation led to a significant change in the surface characteristics of the carbon fibers. The anodic oxidation of carbon fiber improved the mechanical interfacial properties, such as ILSS, $K_{IC}$, and $G_{IC}$ of the composites. The mechanical interfacial properties of the composites anodized at 20% sulfuric/nitric (3/1) were the highest values among the anodized carbon fibers. These results were attributed to the increase of the degree of adhesion at interfaces between the carbon fibers and the matrix resins in the composite systems.
In this study, epoxy-modified acrylate was synthesized. The synthesized acrylate was added to the composition for sheet molding compound (SMC) in the range of 5 phr to 15 phr. The prepared SMC prepreg was molded at high temperature and pressure to produce a glass fiber reinforced composite. Physical properties such as tensile and impact strength of the composite were measured, respectively. Experimental data show that the composite with 5 phr of synthesized acrylate has 20% improved tensile strength and 12% improved impact strength than that of the reference sample.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.171-178
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2019
Fiber-reinforced polymer (FRP) composites have proved to be reliable as strengthening materials. Most of existing studies used single types of FRP composites. Therefore, in this experimental study, carbon FRP sheet, aramid FRP sheet, and hybrid FRP plate including glass fibers were fabricated, and the effect of pre-stressed FRP composites on flexural strengthening of reinforced concrete (RC) beams was investigated. In total, eight RC beam specimens were fabricated, including one control beam (specimen N) without FRP composites and seven FRP-strengthened beams. The main parameters were type of FRP composite, the number of anchors used for pre-stressing, and thickness of FRP plates. As a result, the beam strengthened with pre-stressed FRP plate showed superior performance to the non-strengthened one in terms of initial strength, strength and stiffness at yielding, and ultimate strength. As the number of anchors and thickness of FRP plate (i.e., amount of FRP plates) increased, the strengthening effect increased as well. When hybrid FRP plates were pre-stressed, the strengthening effect was higher in comparison with pre-stressed single type FRP plate.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.5
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pp.179-186
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2006
In this study, Multi-Layer Perceptron(MLP) among models of Artificial Neural Network(ANN) is used for the development of a model that evaluates the bending capacities of reinforced concrete beams strengthened by FRP Rebar. And the data of the existing researches are used for materials of ANN model. As the independent variables of input layer, main components of bending capacities, width, effective depth, compressive strength, reinforcing ratio of FRP, balanced steel ratio of FRP are used. And the moment performance measured in the experiment is used as the dependent variable of output layer. The developed model of ANN could be applied by GFRP, CFRP and AFRP Rebar and the model is verified by using the documents of other previous researchers. As the result of the ANN model presumption, comparatively precise presumption values are achieved to presume its bending capacities at the model of ANN(0.05), while observing remarkable errors in the model of ANN(0.1). From the verification of the ANN model, it is identified that the presumption values comparatively correspond to the given data ones of the experiment. In addition, from the Sensitivity Analysis of evaluation variables of bending performance, effective depth has the highest influence, followed by steel ratio of FRP, balanced steel ratio, compressive strength and width in order.
Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.
Steel cables as the most important components are widely used in the certain types of structures such as cable-supported bridges, but the long-span structures may result in an increase in fatigue under high stress and corrosion of steel cables. The traditional steel cable is becoming a more evident hindrance. Fiber Reinforced Polymer (FRP) cables with lightweight, high-strength are widely used in civil engineering, but there is little research in vibrational characteristics of FRP cables, especially on the damping characteristic. This article studied the two methods to evaluate dynamical damping characteristic of basalt FRP(BFRP) and glass FRP(GFRP) cables. First, the vibration tests of the B/G FRP cables with different diameter and different cable force were executed. Second, the cables forces were calculated using dynamic strain, static strain and dynamic acceleration respectively, which were further compared with the measured force. Third, experimental modal damping of each cables was calculated by the half power point method, and was compared with the calculation by Rayleigh damping theory and energy dissipation damping theory. The results indicate that (1) The experimental damping of FRP cables decreases with the increase of cable force, and the trend of experimental damping changes is roughly similar with the theoretical damping. (2) The distribution of modal damping calculated by Rayleigh damping theory is closer to the experimental results, and the damping performance of GFRP cables is better than BFRP cables.
In this work, the electrical potential (EP) technique with an artificial neural networks (ANNs) for monitoring of nanostructures are used for the first time. This study employs an expert system to identify size and localize hidden nano-delamination (N.Del) inside layers of nano-pipe (N.P) manufactured from Basalt Fiber Reinforced Polymer (BFRP) laminate composite by using low-cost monitoring method of electrical potential (EP) technique with an artificial neural networks (ANNs), which are combined to decrease detection effort to discern N.Del location/size inside the N.P layers, with high accuracy, simple and low-cost. The dielectric properties of the N.P material are measured before and after N.Del introduced using arrays of electrical contacts and the variation in capacitance values, capacitance change and node potential distribution are analyzed. Using these changes in electrical potential due to N.Del, a finite element (FE) simulation model for N.Del location/size detection is generated by ANSYS and MATLAB, which are combined to simulate sensor characteristic, therefore, FE analyses are employed to make sets of data for the learning of the ANNs. The method is applied for the N.Del monitoring, to minimize the number of FE analysis in order to keep the cost and save the time of the assessment to a minimum. The FE results are in excellent agreement with an ANN and the experimental results available in the literature, thus validating the accuracy and reliability of the proposed technique.
The proposed model can predict the compressive behaviors of concrete confined with fiber reinforced polymer (FRP) jacket. To model confining concrete by FRP jackets, the hypoelasticity-based constitutive law of concrete In tri-axial stress states has been presented. The increment of strength of concrete has been determined by the failure surface of concrete in tri-axial states, and its corresponding peak strain is computed by the strain enhancement factor that is proposed in the present study, Therefore, the newly proposed model is a load-dependent confinement model of concrete wrapped by FRP jackets to compare the previous models which are load-independent confinement models. The behavior of FRP jackets has been modeled using the mechanics of orthotropic laminated composite materials in two-dimension. The developed model is implemented into the incremental analysis of compressive tests. The verification study with several different experiments shows that the model is able to adequately capture the behavior of the compression test by including better estimations of the axial responses as well as the lateral response of FRP-confined concrete cylinders.
Yoo, Seung-Woon;Bae, Han-Ug;Oliva, Michael;Bank, Lawrence
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.19
no.1
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pp.67-74
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2007
We perform an experimental study of concrete beam with pultruded fiber reinforced polymer(FRP) plank using as a permanent formwork and the tensile reinforcement. A satisfactory bond at the interface between the smooth surface of the pultruded plank and the concrete must be developed for the FRP plank and the concrete to act as a composite structural member. Two kinds of aggregate were bonded to the FRP plank using a commercially available epoxy. No additional flexural or shear reinforcement was provided in the beams. For comparison we test two types of control specimen. One control did not have any aggregate bonded to the FRP plank and the other control had infernal steel reinforcing bars instead of the FRP plank. The beams were loaded by central patch load to their ultimate capacity. The experimental results were compared to current ACI 318 (2005) and ACI 440 (2006) code predictions. This study demonstrates that the FRP plank has the potential to serve as formwork and reinforcing for concrete structures.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.7
no.1
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pp.35-50
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2013
Rapid and effective repair methods are desired to enable quick reopening of damaged bridges after an earthquake occurs, especially for those bridges that are critical for emergency response and other essential functions. This paper presents results of tests conducted as a proof-of-concept in the effectiveness of a proposed method using externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites to rapidly repair severely damaged RC columns with different damage conditions. The experimental work included five large-scale severely damaged square RC columns with the same geometry and material properties but with different damage conditions due to different loading combinations of bending, shear, and torsion in the previous tests. Over a three-day period, each column was repaired and retested under the same loading combination as the corresponding original column. Quickset repair mortar was used to replace the removed loose concrete. Without any treatment to damaged reinforcing bars, longitudinal and transverse CFRP sheets were externally bonded to the prepared surface to restore the column strength. Measured data were analyzed to investigate the performance of the repaired columns compared to the corresponding original column responses. It was concluded that the technique can be successful for severely damaged columns with damage to the concrete and transverse reinforcement. For severely damaged columns with damaged longitudinal reinforcement, the technique was found to be successful if the damaged longitudinal reinforcement is able to provide tensile resistance, or if the damage is located at a section where longitudinal CFRP strength can be developed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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