In recent times, there has been a growing need to retrofit and strengthen reinforced concrete (RC) structures that have been damaged. Numerous studies have explored various methods for strengthening RC beams. However, there is a significant dearth of research investigating the utilization of ultra-high-performance concrete (UHPC) for retrofitting damaged RC beams within a concrete frame. This study aims to develop a finite element (FE) model capable of accurately simulating the nonlinear behavior of RC beams and subsequently implementing it in an RC concrete frame. The RC frame is subjected to loading until failure at two distinct degrees, followed by retrofitting and strengthening using Ultra high performance shotcrete (UHPS) through two different methods. The results indicate the successful simulation of the load-displacement curve and crack patterns by the FE model, aligning well with experimental observations. Novel techniques for reinforcing deteriorated concrete frame structures through ABAQUS are introduced. The second strengthening method notably improves both the load-carrying capacity and initial stiffness of the load-displacement curve. By incorporating embedded rebars in the frame's columns, the beam's load-carrying capacity is enhanced by up to 31% compared to cases without embedding. These findings indicate the potential for improving the design of strengthening methods for damaged RC beams and utilizing the FE model to predict the strengthening capacity of UHPS for damaged concrete structures.
The collapse of reinforced concrete (RC) frame buildings is mainly caused by the failure of columns. To prevent brittle failure of RC column, numerous studies have been conducted on the seismic performance of strengthened RC columns. Concrete jacketing method, which is one of the retrofitting method of RC members, can enhance strength and stiffness of original RC column with enlarged section and provide uniformly distributed lateral load capacity throughout the structure. The experimental studies have been conducted by many researchers to analyze seismic performance of seismic strengthened RC column. However, structures which have plan and vertical irregularities shows torsional behavior, and therefore it causes large deformation on RC column when subjected to seismic load. Thus, test results from concentric cyclic loading can be overestimated comparing to eccentric cyclic test results, In this paper, two kinds of eccentric loading pattern was suggested to analyze structural performance of RC columns, which are strengthened by concrete jacketing method with new details in jacketed section. Based on the results, it is concluded that specimens strengthened with new concrete jacketing method increased 830% of maximum load, 150% of maximum displacement and changed the failure modes of non-strengthened RC columns.
It is necessary to guarantee the safety, serviceability and durability of reinforced concrete structures over their service life. However, concrete structures represent a decrease in their durability due to the effects of external environments according to the passage of time, and such degradation in durability can cause structural degradation in materials. In concrete structures, some degradations in durability increase the corrosion of embedded rebars and also decrease the structural performance of materials. Thus, the structural condition assessment of RC materials damaged by corrosion of rebars becomes an important factor that judges needs to apply restoration. In order to detect the damage of reinforced concrete structures, a visual inspection, a nondestructive evaluation method(NDE) and a specific loading test have been employed. However, obscurities for visual inspection and inaccessible members raise difficulty in evaluating structure condition. For these reasons, detection of location and quantification of the damage in structures via structural response have been one of the very important topics in system identification research. The main objective of this project is to develope a methodologies for the damage identification via static responses of the members damaged by durability. Six reinforced concrete beams with variables of corrosion position and corrosion width were fabricated and the damage detections of corroded RC beams were performed by the optimization and the conjugate beam methods using static deflection. In results it is proved that the conjugate beam method could predict the damage of RC members practically.
Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) composites are widely applied to strengthen deteriorated concrete structures. This paper presents the experimental results of the performance of reinforced concrete(RC) decks strengthened with CFRP composites. Simple span decks with 2m span length were tested to investigate the effect of CFRP reinforcement types on the flexural behavior of strengthened RC beams. The test results were analyzed with the special emphasis on the failure mode and the maximum load.
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.
Structural strengthening of reinforced concrete (RC) beams is becoming essential to meet the up-gradation of existing structures due to the infrastructure development. Strengthening is also essential for damaged structural element due to the adverse environmental condition and other distressing factors. This article reviews the state of the field on repair, retrofitting and rehabilitation techniques for the strengthening of RC beams. Strengthening of RC beams using various promising techniques such as externally bonded steel plates, concrete jacketing, fibre reinforced laminates or sheets, external prestressing/external bar reinforcement technique and ultra-high performance concrete overlay have been extensively investigated for the past four decades. The primary objective of this article is to discuss investigations on various strengthening techniques over the years. Various parameters that have been discussed include the flexural capacity, shear strength, failure modes of various strengthening techniques and advances in techniques over the years. Firstly, background information on strengthening, including repair, retrofitting, and rehabilitation of RC beams is provided. Secondly, the existing strengthening techniques for reinforced concrete beams are discussed. Finally, the relative comparisons and limitations in the existing techniques are presented.
With the aim to provide better predication about fracture behavior, a numerical simulating strategy based on the rigid spring model is proposed for reinforced concrete (RC) structures in this study. According to the proposed strategy, concrete is partitioned into a series of irregular rigid blocks based on the Voronoi diagram, which are connected by interface springs. Steel bars are simulated by bar elements, and the bond slip element is defined at bar element nodes to describe the interaction between reinforcement and concrete. A concrete damage evolution model based on the separation criterion is adopted to describe the weakening process of interface spring between adjacent blocks, while a nonlinear bond slip model is introduced to simulate the synergy behaviour of reinforced steel bars and concrete. In the damage evolution model of concrete, the influence of compressive stress perpendicular to the interface on the shear strength is considered. To check the effectiveness and applicability of the proposed modelling, experimental and numerical studies about a simply-supported RC beam and the two-notched concrete plates in Nooru-Mohamed's experiment are conducted, and the grid sensitivity are investigated.
In this study, a design process for reinforced concrete structures using the nonlinear FEM analysis is developed. Instead of using the nonlinear analysis to evaluate the required performance after design process, the nonlinear analysis is applied before designing the reinforcement arrangement inside the RC structures. An automatic reinforcement generator for computer aided reinforcement agreement is developed for this purpose. Based on a nonlinear FEM program for analyzing the reinforced concrete structure, a smart fictitious material model of steel, is proposed which can self-adjust the reinforcement to the required amount at the cracking location according to the load increment. Using this tool, the reinforcement ratio required at design load level can be decided automatically. In this paper, an example of RC beam with opening is used to verify the proposed process. Finally, a trial design process for a real size underground RC LNG tank is introduced.
Slender structures like reinforced concrete (RC) chimneys are severely damaged or collapsed during severe wind storms or strong ground motions all over the world. Today, with the improvement in technology and industry, most factories need these slender structures with increasing height and decreasing in shell thickness causing vulnerable to winds and earthquakes. Main objectives in this study are to make structural wind and earthquake analysis of RC chimneys by using a well-known international standard CICIND 2001 and real recorded time history accelerations and to clarify weak points of these tall and slender structures against these severe natural actions. Findings of this study show that maximum tensile stress and shear stress approximately increase 103.90% and 312.77% over or near the openings on the body of the RC chimneys that cause brittle failure around this region of openings.
A numerical tool for predicting the behavior of reinforced concrete structures under uniaxial loads is proposed. Concrete is considered as quasi-brittle material, and for a reinforcing bar, an elastic-perfectly plastic constitutive relationship is adopted. In this study, the behavior of reinforced concrete according to the interface properties between the concrete and steel is analyzed. Comparisons between the numerical predictions and the experimental results show good agreements in the load-deflection behaviors and ultimate loads of reinforced concrete structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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