Concrete structures may become vulnerable during their lifetime due to several reasons such as degradation of their material properties; design or construction errors; and environmental damage due to earthquake. These structures should be repaired or strengthened to ensure proper performance for the current service load demands. Several methods have been investigated and applied for the strengthening of reinforced concrete (RC) structures using various materials. Fiber reinforced polymer (FRP) reinforcement is one of the most recent type of material for the strengthening purpose of RC structures. The main objective of the present research is to identify the behavior of reinforced concrete slabs strengthened with FRP bars by using near surface mounted (NSM) technique. Validation study is conducted based on the experimental test available in the literature to investigate the accuracy of finite element models using LS-DYNA to present the behavior of the models. A parametric analysis is conducted on the effect of FRP bar diameters, number of grooves, groove intervals as well as width and height of the grooves on the flexural behavior of strengthened reinforced slabs. Performance of strengthening RC slabs with NSM FRP bars was confirmed by comparing the results of strengthening reinforced slabs with control slab. The numerical results of mid-span deflection and stress time histories were reported. According to the numerical analysis results, the model with three grooves, FRP bar diameter of 10 mm and grooves distances of 100 mm is the most ideal and desirable model in this research. The results demonstrated that strengthening of reinforced concrete slabs using FRP by NSM method will have a significant effect on the performance of the slabs.
Ghatefar, Amir;ElSalakawy, Ehab;Bassuoni, Mohamed T.
Computers and Concrete
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v.20
no.2
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pp.215-227
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2017
A finite element model (FEM) for predicting early-age behavior of reinforced concrete (RC) bridge deck slabs with fiber-reinforced polymer (FRP) bars is presented. In this model, the shrinkage profile of concrete accounted for the effect of surrounding conditions including air flow. The results of the model were verified against the experimental test results, published by the authors. The model was verified for cracking pattern, crack width and spacing, and reinforcement strains in the vicinity of the crack using different types and ratios of longitudinal reinforcement. The FEM was able to predict the experimental results within 6 to 10% error. The verified model was utilized to conduct a parametric study investigating the effect of four key parameters including reinforcement spacing, concrete cover, FRP bar type, and concrete compressive strength on the behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to restrained shrinkage at early-age. It is concluded that a reinforcement ratio of 0.45% carbon FRP (CFRP) can control the early-age crack width and reinforcement strain in CFRP-RC members subjected to restrained shrinkage. Also, the results indicate that changing the bond-slippage characteristics (sand-coated and ribbed bars) or concrete cover had an insignificant effect on the early-age crack behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to shrinkage. However, reducing bar spacing and concrete strength resulted in a decrease in crack width and reinforcement strain.
The response mechanism of simply supported two-way reinforced concrete (RC) slabs under fire was numerically studied from the view of stress redistribution using the finite element software ABAQUS. Results show that: (1) Simply supported two-way RC slabs undergo intense stress redistribution, and their responses show four stages, namely elastic, elastic-plastic, plastic and tensile membrane stages. There is no cracking in the fire area of the slabs until the tensile membrane stage. (2) The inverted arch effect and tensile membrane effect improve the fire resistance of the two-way slabs. When the deflection is L/20, the slab is in an inverted arch effect state, and the slab still has a good deflection reserve. The deformation rate of the slab in the tensile membrane stage is smaller than that in the elastic-plastic and plastic stages. (3) Fire resistance of square slabs is better than that of rectangular slabs. Besides, increasing the reinforcement ratio or slab thickness improves the fire resistance of the slabs. However, an increase of cover thickness has little effect on the fire resistance of two-way slabs. (4) Compared with one-way slabs, the time for two-way slabs to enter the plastic and tensile cracking stage is postponed, and the deformation rate in the plastic and tensile cracking stage is also slowed down. (5) The simply supported two-way RC slabs can satisfy with the requirements of a class I fire resistance rating of 90 min without additional fire protection.
Recently, the need for strengthening reinforced concrete and prestressed concrete structure is increasing, particularly when there is an increase in load requirements, a change in use, a degradation problem, or some design/construction defects. Therefore, use of composite materials for structural repair presents several advantages and has been investigated all over the world. In this paper, the reinforced concrete slabs with epoxy - bonded AFRP sheed were experimentally investigated. Experimental data on strength. stiffness, material strain, deflection and mode of failure of strengthened slabs were obtained, and comparisons between the different flexural reinforcing schemes and reinforced concrete slabs without AFRP sheets were made It can be concluded that flexural strength of RC slabs strengthened with AFRP has increased, and that ductility of strengthened slabs has decreased.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.19
no.4
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pp.424-434
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2016
A few blast experiments are conducted to investigate the behavior of one-way reinforced concrete(RC) slabs under blast loading. Reflected blast characteristics as well as displacements and damage patterns of RC slabs are measured. Numerical models are also established in the software ANSYS AUTODYN to reproduce the experiments on RC slabs. The numerical models are distinguished from each other by different boundary conditions at the edges of RC slabs, which are assumed to reproduce displacements and damage patterns resulted from the experiments. The boundary condition of the experimental tests is estimated from the numerical simulation results. From the numerical simulation results, the boundary condition should be improved in order to measure the accurate maximum displacement in the experimental tests.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.577-582
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2000
The pseudo-volume control method is developed for the failure analysis of RC slabs, by adding pressure node into layered shell element utilizing in-plane constitutive models of reinforced concrete and layered formulation. For the failure analysis of RC slabs n this paper, geometric nonliearity is also considered in the analysis. The validity of the pseudo-volume control method is verified by comparing analysis results and existing experimental results.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.49
no.4
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pp.43-49
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2007
The reinforced concrete slab is one of main structure members in the construction industry sector. However, most of researches regarding to RC slabs have been focused on two-dimensional Mindlin-type plate element on the basis of laminated plate theory since three-dimensional solid element has a lot of difficulties in finite element formulation and costs in CPU time. In reality, the RC slabs are subjected to dynamic loads like a heavy traffic vehicle load, and thus should insure the safety from the static load as well as dynamic load. Once we can estimate the dynamic behaviour of RC slabs exactly, it will be very helpful for design of it. In this study, the 20-node solid element has been used to analyze the dynamic characteristics of RC slabs with clamped edges. The elasto-visco plastic model for material non-linearity and the smeared crack model have been adopted in the finite element formulation. The applicability of the proposed finite element has been tested for dynamic behaviour of RC slabs with respect to characteristics of concrete materials in terms of cracking stress, crushing strain, fracture energy and Poisson's ratio. The effect on dynamic behaviour is dependent on not crushing strain but cracking stress, fracture energy and Poisson's ratio. In addition to this, it is shown the damping phenomenon of RC slabs has been identified from the numerical results by using Rayleigh damping.
The fire resistance performance of 2 RC slabs after exposure to the ISO-834 fire standard without loading has been experimentally investigated. A Comparison is made of the fire resistance performance between RC slabs without PP(polypropylene) fibers and RC slabs with PP fibers. From the fire test results, the presence of PP fibers in RC slabs can reduce spalling and enhance their fire resistance. Until now, the determination of fire resistance of reinforced concrete(RC) slabs has essentially been based on tabulated data. According to ACI 216 code and EUROCODE 2, the design of concrete structures is essentially based on tabulated data for appropriate concrete cover and various fire durations. From the comparison between fire test results and codes, current fire design provisions of codes such as the ACI 216 and the EUROCODE 2 are unconservative for estimating mechanical properties of RC slabs at elevated temperatures.
Li, Ling;Lee, Jin Young;Min, Kyung Hwan;Yoon, Young Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.1
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pp.37-45
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2013
In this study, the resistance of various reinforced concrete (RC) slabs subjected to contact detonation was assessed. In order to enhance the blast resistance, fibers and external FRP sheets were reinforced to RC slabs. In the experiment, the $2,000{\times}1,000{\times}100mm$ sized RC slabs were fabricated using normal concrete (NC), steel fiber reinforced concrete (SFRC), polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite (PVA FRCC), and ultra-high performance cementitious composites (UHPCC). The damage levels of RC slabs subjected to contact detonation were evaluated by measuring the diameter and depth of crater, spall and breach. The experimental results were compared to the analyzed data using LS-DYNA program and three different prediction equations. The diameter and depth of crater, spall and breach were able to be predicted using LS-DYNA program approximately. The damage process of RC slabs under blast load was also well expressed. Three prediction equations suggested by other researchers had limitations to apply in terms of empirical approaches, therefore it needs further research to set more analytical considerations.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.1
no.1
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pp.89-96
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1997
The paper presents the results of experimental studies on two strengthening methods for reinforced concrete (RC) slabs. Bending tests on RC slabs have been carried out to investigate the influence of the increased thickness and externally bonded carbon fiber sheets. The interfaces of new and old concrete of increased thickness specimens have been chipped and treated with bonding agent. The conclusions have been reached as followings. (1) The behavior of specimens with chipped interface is good enough to calculate flexural strength of RC slabs for increased depth. (2) The flexural stiffness of increased depth specimen is severely increased and the deformation of RC slabs is controled. (3) The specimens with externally bonded carbon fiber sheets can be assumed to behave monolithically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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