The purpose of this study is to analyze the interface debonding of RC beams strengthened by carbon fiber sheet(CFS). The behavior of damaged RC beams strengthened with CFS is analytically investigated next using linear elastic fracture mechanics(LEFM) approach and the finite element method. The study includes an investigation of the separation mode by interface fracture of the strengthening materials due to the interfacial shear and normal stresses. The numerical method is presented to obtain the value of interfacial fracture parameter such as the strain energy release rate. Based on the results of this study, it is found that the critical case occurs when the interfacial cracks occur within a short region of the flexural crack. The CFS strengthening has not an adequate factor of safety against interfacial debonding of CFS. Furthermore, for the thicknesses of the adhesive studied[1mm~3mm], it is no noticeable effect on the strain energy release rate.
The waste FRP occured in the fabrication of SMC (sheet molding compound) bathtubs and the waste polyurethane foam occured in electronic manufacture and waste insulator were applied as a soundproof and light weight pannel in the waste FRP unsaturated polyester matrix resin composites to recycle. The effect of filler contents on the mechanical properties and interfacial phenomena of the filler and matrix on the composites was evaluated. The tensile strength of composites reached its maximum value of 82.34 MPa when the filler content was 70 wt%, and the more content of reinforcement is increased, the more tensile modulus was decreased. The flexural strength and modulus of composites, reinforced 70 wt% with filler content, were dominant compared to the other samples to 72.5 MPa, 958.4 MPa respectively. When composite of reinforced 70 wt% with filler content, it was confirmed that pull out phenomena and cracks did not occur in the interface of reinforcement and matrix resin through the SEM observation. Also, waste FRP and urethane foam were dispersed well into matrix resin as filler.
Sixteen reinforced concrete beams were tested statically up to failure to investigate the arch action. Major variables were the shear span to depth ratio, steel ratio and existence of stirrups.The arch action in reinforced concrete beams started when flexural cracks appeared at the center of the span. Due to the reduction of internal moment arm length by the development of arch action, the measured steel tension was significantly higher than the calculated. As the shear span to depth ratio arid steel ratio decrease, the arch action in reinforced concrete eams
increases. Over the entire length the force in the steel of no web reinforced beams having smaller a /d ratio than 3 was constant because the beams acted as a tied arch.
Torres, Lluis;Barris, Cristina;Kaklauskas, Gintaris;Gribniak, Viktor
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.5
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pp.997-1016
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2015
The contribution of tensioned concrete between cracks (tension-stiffening) cannot be ignored when analysing deformation of reinforced concrete elements. The tension-stiffening effect is crucial when it comes to adequately estimating the load-deformation response of steel reinforced concrete and the more recently appeared fibre reinforced polymer (FRP) reinforced concrete. This paper presents a unified methodology for numerical modelling of the tension-stiffening effect in steel as well as FRP reinforced flexural members using the concept of equivalent deformation modulus and the smeared crack approach to obtain a modified stress-strain relation of the reinforcement. A closed-form solution for the equivalent secant modulus of deformation of the tensioned reinforcement is proposed for rectangular sections taking the Eurocode 2 curvature prediction technique as the reference. Using equations based on general principles of structural mechanics, the main influencing parameters are obtained. It is found that the ratio between the equivalent stiffness and the initial stiffness basically depends on the product of the modular ratio and reinforcement ratio ($n{\rho}$), the effective-to-total depth ratio (d/h), and the level of loading. The proposed methodology is adequate for numerical modelling of tension-stiffening for different FRP and steel reinforcement, under both service and ultimate conditions. Comparison of the predicted and experimental data obtained by the authors indicates that the proposed methodology is capable to adequately model the tension-stiffening effect in beams reinforced with FRP or steel bars within wide range of loading.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.273-276
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2008
The use of FRP(Fiber Reinforced Polymer) bars to replace conventional steel bars in reinforcing concrete structures is currently encouraged by many structural engineers, especially for their noncorrosive properties. The partial inferiority of the bond and mechanical properties for FRP bars, however, leads to wider and deeper cracks compared with those of steel reinforced concrete structures. This paper presents experimental results of concrete beams reinforced with FRP bars tested under static loading conditions up to failure. The study focuses on the effects of the reinforcement ratio on the behavior of concrete beams at various stages during loading. The study also attempts to establish a theoretical basis for the development of simple and rational design procedures for concrete beams reinforced with FRP bars.
For investigating self-diagnosis applicability, a method based on monitoring the changes in the electrical resistance of hybrid FRP(having electrical property) reinforced concrete has been tested. Then after examining change in the value of electrical resistance of carbon fiber in CFRP(non-hybrid type), CFGFRP and CFAFRP(hybrid type) before and after the occurrence of cracks and fracture in non-hybrid and hybrid FRP reinforced concrete at each flexural weight-stage, the correlations of each factors(the changes in electrical resistance and load as a function of strain, deflection) were analyzed. As the results, it is clarified that when the carbon fiber tows fracture, the electrical resistance of it increase largely, and afterwards hybrid FRP composites can be resist the load due to the presence of the reinforced fiber, for example, glass fiber or aramid fiber tows. Therefore, it can be recognized that hybrid FRP(including carbon fiber) reinforcing bar could be applied for self-diagnosis of fracture in reinforced FRP concrete fracture.
In the present study, crack healing effect and residual stress of $Al_2O_3$ ceramics were investigated by changing the sintering temperature and heat treatment conditions. And also it was investigated that the influence of different filler loadings of nano-sized SiC particles on the crack healing behavior of $Al_2O_3$ ceramics. The test samples were characterized by three point bend flexural tests to evaluate their mechanical properties. The morphological changes were studied by FE-SEM and EDS. The test results indicated that the $Al_2O_3$ with nano-sized SiC ceramics sintered at $1800^{\circ}C$ were showed highest density. Sintering temperature at $1800^{\circ}C$, the bending strength of heat treatment in air atmosphere specimens showed about 42 % increment in comparison to the un-heat treated specimens. The cracked specimens can be healed by heat treatment in vacuum atmosphere but the crack healing effect of $Al_2O_3$ ceramics, which is heat treated in air atmosphere was higher than that of heat treated in vacuum atmosphere. $Al_2O_3$ with 30 wt% of SiC ceramics indicated higher crack healing ability than that with 15 wt% of SiC ceramics. The FE-SEM images showed that the median cracks and pores were disappeared after heat treatment in air.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.4
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pp.61-70
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1999
Cracking was observed in beam-to-column connections of many steel building frames during the 1994 Northridge and 1995 Kobe earthquakes. Thus extensive experimental researches are currently being conducted to improve the seismic performance of steel frames. A value of 0.015 radian was considered as a reasonable estimate of beam plastic rotation demand in steel moment-resisting frames subjected to severe earthquakes. The objective of this research is to develop a type of connection detail which moves the plastic hinge region in the beam away from the face of the column and can prevent cracking at the welded flange of the beam-to-column connection under seismic loading. An experimental investigation was undertaken on five beam-to-column connection specimens to study the performance of the connections with proposed details. The experiemental results showed that the flexural strength and rotational ductility of the beam connections were adequate for the seismic resistance steel frames to prevent possible cracks at the connections.
Jeong, Jin Seok;Jung, Myung Rag;Ock, Chang Kwon;Lee, Won Tae;Kim, Moon Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.4
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pp.243-251
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2016
Longitudinally structural cracks are sometimes observed in the pavement on steel plate deck bridges because traffic truck loadings can cause large local deformations of the thin deck plate stiffened by longitudinal and transverse beams. In this study, an improved finite strip method using flat-shell strip, prism, and link elements is presented to investigate local deformations of steel decks with pavements in which flexural and torsional stiffness effects of thin floor beams are rigorously taken into account. A simplified deck model extracted from steel plate-girder bridges is analyzed using the developed FSM and the commercial FE program, ABAQUS and also, their numerical results are compared and discussed.
To deepen the understanding of shear behaviour in beams without transverse reinforcement, the relative importance of five contributing factors to concrete shear resistance($v_c$), which are i)flexural compression zone, ii)friction at crack faces, iii)dowel action, iv)arch action and recently identified, v)residual tensile stresses across cracks, was explained physically using two analytical methods based on the truss concept. One is called "Modified Compression Field Theory(MCFT)" considering ii) and v) explicitly, and the other "Crack Friction Truss Model(CFTM)" more dominantly ii) in determining concrete resistance. To verify their effectiveness, the predictions using MCFT and CFTM were also made for twenty KAIST beam tests($f'_c$=53.7Mpa), designated more likely to the development of the size effect law based on the fracture mechanics concept. Experimental findings with varying of a/d, longitudinal reinforcement ratios, and obtained from MCFT enabled additional explanations for some phenomena which were difficult to measure in tests. However, MCFT seemed somewhat conservative for beams with higher longitudinal reinforcement, while somewhat unsafe for beams with larger depths. More tests are necessary leading to firm conclusions in these areas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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