This paper presents an experimental investigation into the effectiveness of using carbon fibre reinforced polymer (CFRP) and steel plates to repair damaged reinforced concrete (RC) beams with circular web openings at shear zones. It highlights the effectiveness of externally bonded CFRP and steel plates in repairing damaged RC beams by analysing the repaired beams'load capacity, deflection, strain, and failure mode. For the experiment, a total of five beams were used, with one solid beam as a control beam and the other four beams having an opening near the shear zone. Two beams with openings were repaired using inclined and vertical configuration CFRP plates, and the other two were repaired using inclined and vertical configuration steel plates. The results confirm the effectiveness of CFRP and steel plates for repairing damaged RC beams with circular openings. The CFRP and steel plates significantly increase ultimate capacity and reduce deflection under the openings. The inclined configuration of both CFRP and steel plates was more effective than the vertical configuration. Using an inclined configuration not only increases the ultimate capacity of the beams but also changes the mode of failure from shear to flexural.
Reinforced concrete structures are an integrated structure in which reinforcing bars are placed on the tensile side of the beam to compensate for concrete that is strong in compression but weak in tension, so that the concrete receives compressive force and the reinforcing bars receive tensile force. It is durable, fire-resistant, economical, and adapts to the shape and dimensions of the structure. It has been widely used for a long time because it can be made freely without restrictions. However, reinforced concrete structures have the disadvantage that cracks occur easily, so they are repaired using a cross-sectional construction method. During this process, problems such as the repair part falling off occurred, so in order to solve the problem, stress changes due to changes in the size of the repair part were examined. As a result, based on the elastic modulus ratio of 1.0, the stress tended to increase as the size of the repair part decreased when it was less than 1.0, and the opposite tendency was seen when it was more than 1.0. This is believed to be due to an increase in the area of the part with a large elastic modulus.
공용 중인 보는 시공상의 원인으로 충분한 매입깊이를 확보하기 어렵다. 이러한 문제점 때문에 현재의 FRP-Rod 매입공법은 단면증설 공법과 병행해서 실시하는 경우가 많다. 본 연구에서는 단면증설 없이 FRP-Rod의 활동 및 보강보의 일체성 문제를 해결하기 위하여 앵커핀이 채택되었다. 실험에서 피복 콘크리트의 할렬파괴와 FRP-Rod의 활동현상은 발생하지 않았으며, FRP-Rod는 보수보가 파괴 될 때까지 RC보와 일체 거동을 하는 것이 확인되었다.
In this study, the beam which is repaired as high toughness cementitious composites evaluated on flexural performance. As for the test results, it was found that high toughness performance of beams of the repair as high toughness cementitious composites showed more better than the existing repair method and demonstrated about 95% semi-reinforcement to compare with reinforcement of carbon fiber sheets of one layer without interface and brittle failure. Therefore, appling on using PVA fiber reinforced high toughness cementitious composites, the repaired concrete structures can be increased to flexural performance.
Reinforced concrete beams or slabs are often strengthened or repaired using polymer modified cement concrete Stresses can develop in the structure by ambient temperature changes because thermal coefficients of the repair material and the existing concrete are typically different. Especially, shear stress often causes debonding of the interface. In this study, a rational procedure was developed where anchors can be designed in strengthened or repaired concrete members to prevent debonding at the interface. The current design procedure considers thicknesses and elastic moduli of the repair material and existing concrete, ambient temperature change, length, and beam-vs.-slab action. The procedure is also applicable to stresses developed by differential drying shrinkage.
Recently, DFRCCs (Ductile Fiber Reinforced Cementitious Composites), materials with remarkable ductility when compared to ordinary fiber-reinforced concrete (FRC), have been developed and studied actively in the US, Japan, and many European countries. The transformation of failure behavior from brittle to ductile is achieved by incorporating with fracture mechanics concept especially micro-mechanical models approach of cementitious composite materials in manufacturing ordinary fiber-reinforced composites. The purpose of this study is to accurately understand the shear behavior of DFRCC repaired RC beams. Using a four-point bending test, the shear strengths and shear stress-deflection relations of DFRCC repaired RC specimens are obtained. The results show that DFRCC can be effectively used for repairing materials for concrete structures.
Al-Osta, Mohammed A.;Khan, Muhammad I.;Bahraq, Ashraf A.;Xu, Shi-Yu
Earthquakes and Structures
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제19권5호
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pp.361-377
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2020
In the present research work, the effectiveness and the efficiency of a retrofitting approach using a layer of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) jacket for damaged substandard exterior beam-column joints (BCJs) is experimentally investigated. The main objective of this study is to rehabilitate the already damaged BCJs to meet the serviceability requirements without compromising safety. According to the proposed strengthening technique, a chipped surface, lightly brushed with a dry condition was selected for making a successful bond between normal concrete substrate surface (NCSS) and UHPFRC. Then a fresh UHPFRC jacket with a thickness of 30 mm was cast around the damaged specimens. The entire test matrix was comprised of three 1/3 scale damaged exterior BCJs with a different column axial load (CAL). These specimens were repaired with UHPFRC and retested under monotonic loading. Based on the experimental results, repaired specimens showed an excellent performance in terms of their load-displacement response, maximum strength, displacement ductility, initial stiffness, secant stiffness and energy dissipation capacity when compared with the corresponding values registered when these specimens were tested in their virgin state. This rehabilitative intervention not only restored the strength, stiffness, ductility and energy dissipation capacity of severely damaged specimens but also improved their performance.
본 연구는 유효전단스팬에 대한 깊이의 비가 1.0인 깊이가 큰 보에 대해서 유효전단영역내에 개구부에 대한 파괴 메카니즘의 변화와 전단파괴된 후 보수 보강에 따른 부재 내력의 복원력에 관한 연구로서, 그 결론는, 전단파괴한 유공보 시험체의 초기사균열 하중은 시험체 간에 큰 차이가 없어 시험체의 배근형태에 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며, 아라미드 시트로 보강된 시험체의 균열 및 파괴형태는 중앙부의 휨 균열과 전단지간의 사균열이 동시에 발생한 후, 최대내력근처에서 유공측의 전단균열이 확대되어, 시트면의 중앙부위가 박리되면서 전단파괴 되었다. 전단파괴된 깊이가 큰 보 시험체를 아라미드 섬유시트로 보강한 결과 보강전과 비교하여 최대내력은 최소 34.4%, 최대 83.8%의 증가를 나타내어 파괴전의 내력을 복원하는 것으로 나타났다.
This paper summarises the results of an experimental study to investigate the flexural behaviour of reinforced concrete beams strengthened using carbon-fibre reinforced polymer (CFRP) laminate in four-point bending. The experimental parameters included are the reinforcing bar ratio ${\rho}_s$ and preload level. Four bar ratios were selected (${\rho}_s=0.13$ to 0.86%), representing the section of two longitudinal tensile reinforcements, with diameters of 8, 14, 16, and 20 mm in order to reveal the effect of bar ratio on failure load and failure mode. Eight beams that could be considered "full-scale" in size, measuring 200 mm in width, 400 mm in total height and 2300 mm in length, were tested. Three beams were selected with different bar ratios (${\rho}_1$, ${\rho}_2$, ${\rho}_3$), and considered as control specimens (without ), while three other beams identical to the control beams with the same CFRP laminates ratio and a seventh beam with ${\rho}_{min}$ (the lowest bar ratio) were also used. In the second part of the study, two beams with the bar ratio ${\rho}_2$ were preloaded at two levels, 50 and 100% of their ultimate loads, and then repaired. This experimental investigation was consolidated using an analytical model. The experimental and analytical results indicate that the flexional capacity and stiffness of strengthened and repaired beams using CFRP laminate were increased compared to those of control beams, and the behaviour of repaired beams was nearly similar to the undamaged and strengthened beams; unlike the ductility of strengthened beams, which was greatly reduced compared to the control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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