The present study simplified the moment-curvature relationship to straightforwardly determine the flexural behavior of reinforced concrete (RC) columns. For the idealized column section, moments and neutral axis depths at different stages(first flexural crack, yielding of tensile reinforcing bar, maximum strength, and 80% of the maximum strength at the descending branch) were derived on the basis of the equilibrium condition of forces and compatibility condition. Concrete strains at the extreme compression fiber beyond the maximum strength were determined using the stress-strain relationship of confined concrete, proposed by Kim et al. The lateral load-displacement curves converted from the simplified moment-curvature relationship of columns are well consistent with test results obtained from column specimens under various parameters. The moments and the corresponding neutral axis depth at different stages were formulated as a function of longitudinal reinforcement and transverse reinforcement indices and/or applied axial load index. Overall, curvature ductility of columns was significantly affected by the axial load level as well as concrete compressive strength and the amount of longitudinal and transverse reinforcing bars.
Aggelis, Dimitrios G.;Verbruggen, Svetlana;Tsangouri, Eleni;Tysmans, Tine;Van Hemelrijck, Danny
Smart Structures and Systems
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v.17
no.1
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pp.91-105
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2016
One of the most commonly used techniques to strengthen steel reinforced concrete structures is the application of externally bonded patches in the form of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) or recently, textile reinforced cements (TRC). These external patches undertake the tensile stress of bending constraining concrete cracking. Development of full-field inspection methodologies for fracture monitoring are important since the reinforcing layers are not transparent, hindering visual observation of the material condition underneath. In the present study acoustic emission (AE) and digital image correlation (DIC) are applied during four-point bending tests of large beams to follow the damage accumulation. AE helps to determine the onset of fracture as well as the different damage mechanisms through the registered shifts in AE rate, location of active sources and change in waveform parameters. The effect of wave propagation distance, which in large components and in-situ can well mask the original information as emitted by the fracture incidents is also discussed. Simultaneously, crucial information is supplied by DIC concerning the moments of stress release of the patches due to debonding, benchmarking the trends monitored by AE. From the point of view of mechanics, conclusions on the reinforcing contribution of the different repair methodologies are also drawn.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.5
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pp.56-66
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2017
In this study, seismic strengthening performance of RC circular columns reinforced with high ductile PET and hybridized fibers(HF, PET + aramid) strand was experimentally compared and investigated. As a result, the maximum flexural strength and ductility capacity of all reinforced columns were improved than control column and fiber rupture did not occur at the ultimate stage. In addition, the resistive strength and displacement of the PET sheet 25 layers reinforcing column and the HF strand 1 layer reinforcing column were almost similar, so that 1 layer of HF strand showed the same lateral confinement effect as the PET sheet 25 layers. As a result of this experimental study, PET is considered to be suitable as seismic reinforcement material for RC structures in terms of flexural strength and ductility. However, in order to increase the possibility of application in the field, it is necessary to use a prefabricated PET sheet such as HF used in this study. The durability of PET needs investigation in the future.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.98-105
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2017
In this study, the fiber blending ratio and strain rate effect on the tensile behavior of hybrid fiber reinforced cement composite was evaluated. Hooked steel fiber and polyvinyl alcohol fiber were used for reinforcing fiber. The fiber blending ratio of HSF+PVA were 1.5+0.5, 1.0+1.0 and 0.5+1.5vol.%. As a results, the tensile strength, strain capacity and fracture toughness of the hooked steel fiber reinforced cement composites were improved by the increase of the bond strength of the fiber and the matrix according to increase of strain rate. However, the tensile stress sharply decreased after the peak stress because of the decrease in the number of straightened pull-out fibers by micro cracks in the matrix around hooked steel fiber. On the other hand, PVA fiber showed cut-off fracture at strain rate $10^{-6}/s$ with multiple cracks. However, at the strain rate $10^1/s$, the multiple cracks and strain capacity were decreased because of the pull-out fracture of PVA fiber. The HSF1.5PVA0.5 shown the highest tensile strength because the PVA fiber suppressed the micro cracks in the matrix around the hooked steel fiber and improved the pull-out resistance of hooked steel fiber. Thus, DIF of strain capacity and fracture toughness of HSF1.5PVA were greatly improved. In addition, the synergistic response of fracture toughness was positive because the tensile stress was slowly decreased after the peak stress by improvement of the pull-out resistance of hooked steel fiber at strain rate $10^1/s$.
Cha, Jaemin;Kim, Jun Hui;Ryu, Ho Jin;Hong, Soon H.
Composites Research
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v.30
no.5
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pp.316-322
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2017
Carbon fiber is a material with excellent mechanical, electrical and thermal properties, which is widely used as a composite material made of a polymer matrix. However, this composite material has a weak point of interlaminar delamination due to weak interfacial bond with polymer matrix compared with high strength and elasticity of carbon fiber. In order to solve this problem, it is essential to use reinforcements. Due to excellent mechanical properties, graphene have been expected to have large improvement in physical properties as a reinforcing material. However, the aggregation of graphene and the weak interfacial bonding have resulted in failure to properly implement reinforcement effect. In order to solve this problems, dispersibility will be improved. In this study, functionalization of graphene nanoplatelet was proceeded with melamine and mixed with epoxy polymer matrix. The carbon fiber reinforced polymer composites were fabricated using the prepared graphene nanoplatelet/epoxy and flexural properties and interlaminar shear strength were measured. As a result, it was confirmed that the dispersibility of graphene nanoplatelet was improved and the mechanical properties of the composite material were increased.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.5
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pp.111-117
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2019
Shear experiments were carried out to evaluate shear performance of SFRC deep beams with end-anchorage of SD600 high strength headed reinforcing tensile bars. The experimental variables include the end-anchorage methods of tensile bars (headed bar, straight bar), the end-anchorage lengths, and the presence of shear reinforcement. Specimens with a shear span ratio of 1 showed a pattern of the shear compression failure with the slope cracks progressed after the initial bending crack occurred. Specimens with end-anchorage of headed bars (H-specimens) showed a larger shear strengths of 5.6% to 22.4% compared to straight bars (NH-specimens). For H-specimens, bearing stress reached 0.9 to 17.2% of the total stress of tensile bars up to 75% of the maximum load, and reached 22.4% to 46%. This shows that the anchorage strength due to the bearing stress of headed bars has a significant effect on shear strength. The experimental shear strength was 2.68 to 4.65 times the theoretical shear strength by the practical method, and the practical method was evaluated as the safety side.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.53-56
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2008
Reinforced concrete rahmen structures has been required ductility as well as strength of beam-column joint in seismically hazard area. Some investigations have been presented for retrofitting and/or strengthening structural elements in structure. Strain-hardening cementitious composite(SHCC) has been expected excellent reinforcement performance in beam-column joint area. The properties of reinforcing fiber, as tensile strength, aspect ratio and elastic moudulus, have great effect on the fracture behavior of SHCC. The purpose of this experimental study is to evaluate structural performance of exterior reinforced concrete beam-column joint strengthened with SHCC under cyclic loading.
Agar-based composite films were prepared with variety of food processing and agricultural processing waste materials in order to screen natural lingo-cellulosic resources for the value-added utilization of the under-utilized materials. The effect of these waste materials (10 wt% based on agar) on mechanical properties, moisture content (MC), water vapor permeability (WVP), water absorption behavior of biocomposite films were investigated. Biocomposite films prepared with various fibers resulted in significant increase or decrease in color and percent transmittance. The MC, WVP, and surface hydrophobicity of biocomposite films increased significantly by incorporation of fibers, while the water uptake ratio and solubility of the film decreased. SEM images of biocomposite film showed better adhesion between the fiber and agar polymer. Among the tested cellulosic waste materials, rice wine waste, onion and garlic fibers were promising for the value-added utilization as a reinforcing material for the preparation of biocomposite food packaging films.
Lee, Yong-Sung;Shin, Ki-Hoon;Cheong, Seong-Kyun;Choi, Ung-Jae;Kim, Young-Keun;Park, Kyung-Rea;Kim, Hong Seok
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.1
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pp.121-127
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2013
With the continuing demand for lightweight bicycles, carbon fiber composite materials have been widely used in manufacturing bicycle frames and components. Unlike general isotropic materials, the structural characteristics of composite materials are strongly influenced by the staking directions and sequences of composite laminates. Thus, to verify the design process of bicycles manufactured using composites, structural analysis is considered essential. In this study, a carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) bicycle frame was designed and its structural behavior was investigated using finite element analysis (FEA). By measuring the failure indices of the fiber and matrix under various stacking sequences and loading conditions, the effect of the stacking condition of composite laminates on the strength of the bicycle structure was examined. In addition, the structural safety of the bicycle frame can be enhanced by reinforcing weak regions prone to failure using additional composite laminates.
Cho, Chul-Min;Choi, Ji-Hun;Rhee, Seung-Hoon;Kim, Tae-Kyun;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.29
no.2
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pp.131-139
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2017
Recently, earthquakes have frequently occurred near Korean peninsula. An experimental study is needed for developing a reinforcing method for seismic strengthening to apply to RC structures. Recently, PolyUrea (PU) as structural reinforcement materials has been receiving great interest from construction industry. The reinforcing effect of PU appeared to be excellent under blast and impact as well as earthquakes. In this study, Flexible Type PolyUrea (FTPU) developed in preceding studies was modified to develop Stiff Type PolyUrea (STPU) by varying the ratio of the components of prepolymer and hardener of FTPU. The material performance evaluation has been performed through hardening time, tensile strength and percent elongation test, pull-off test, and shore hardness test. The experimental results showed that STPU has higher tensile strength and lower elongation than FTPU. Therefore, STPU coating agent can be used for semi-permanent products. By using STPU with Fiber-Reinforced Polymer (FRP) on concrete columns, confinement effect can be enhanced to maximize seismic strength and ductility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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