The Finite Element Method (FEM) was employed to demonstrate that accurate simulations of seismically repaired and retrofitted reinforced concrete shear walls can be achieved provided a good analysis program with comprehensive models for material and structural behaviour is used. Furthermore, the analysis tool should have the capability to retain residual damage experienced by the original structure and carry it forward in the repaired and retrofitted structure. The focus herein is to provide quick, simple, but reliable modelling procedures for repair and retrofitting strategies such as concrete replacement, addition of diagonal reinforcing bars, bolting of external steel plates, and bonding of external steel plates and fibre reinforced polymer sheets, thus illustrating versatility in the modelling. Slender, squat, and slender-squat shear walls were investigated. The modelling utilized simple rectangular membrane elements for the concrete, truss bar elements for the steel and FRP retrofitting materials, and bond-link elements for the bonding interface between steel or FRP to concrete. The analyses satisfactorily simulated seismic behaviour, including lateral load capacity, displacement capacity, energy dissipation, hysteretic response, and failure mode.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.2
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pp.67-79
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2021
This paper aims to develop numerical models for seismically-deficient reinforced concrete columns retrofitted using a fiber-reinforced polymer jacketing system under blast loading scenarios. To accomplish the research goal, a coupling model reproducing blast loads was developed and implemented to the column model. The column model was validated with a past experimental study, and the blast responses were compared to the numerical responses produced by past researchers. The validated modeling method was implemented to the non-retrofitted and retrofitted column models to estimate the effectiveness of the retrofit system. Based on the numerical responses, the retrofit system can significantly reduce the peak dynamic responses under a given blast loading scenario.
FE models for complex or large-scaled structures that need detailed modeling of structural components are usually constructed using commercial analysis softwares. Updating of such FE model by conventional sensitivity-based methods is difficult since repeated computation for perturbed parameters and manual calculations are needed to obtain sensitivity matrix in each iteration. In this study, an FE model updating procedure avoiding such difficulties by using response surface (RS) method and a Pareto-based multiobjective optimization (MOO) was formulated and applied to FE models constructed with a commercial analysis package. The test building is a low-rise reinforced concrete building that has been seismically retrofitted. Dynamic properties of the building were extracted from vibration tests performed before and after the seismic retrofits, respectively. The elastic modulus of concrete and masonry, and spring constants for the expansion joint were updated. Two RS functions representing the errors in the natural frequencies and mode shape, respectively, were obtained and used as the objective functions for MOO. Among the Pareto solutions, the best compromise solution was determined using the TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) procedure. A similar task was performed for retrofitted building by taking the updating parameters as the stiffness of modified or added members. Obtained parameters of the existing building were reasonably comparable with the current code provisions. However, the stiffness of added concrete shear walls and steel section jacketed members were considerably lower than expectation. Such low values are seemingly because the bond between new and existing concrete was not as good as the monolithically casted members, even though they were connected by the anchoring bars.
An external prestressed steel-bar truss unit was developed as a new strengthening technology to enhance the seismic performance of an in-plane masonry wall structure while taking advantage of the benefits of a prestressed system. The presented method consists of six steel bars: two prestressed vertical bars to introduce a prestressing force on the masonry wall, two diagonal bars to resist shear deformation, and two horizontal bars to maintain the configuration. To evaluate the effects of this new technique, four full-scale specimens, including a control specimen, were tested under combined loadings that included constant-gravity axial loads and cyclic lateral loads. The experimental results were analyzed in terms of the shear strength, initial stiffness, dissipated energy, and strain history. The efficiency of the external prestressed steel-bar truss unit was validated. In particular, a retrofitted specimen with an axial load level of 0.024 exhibited a more stable post behavior and higher energy dissipation than a control specimen with an observed complete sliding failure. The four vertical bars of the adjacent retrofitting units created a virtual column, and their strain values did not change until they reached the peak shear strength. The shear capacity of the masonry wall structure with external prestressed steel-bar truss units could be predicted using the model suggested by Yang et al.
Ali Faghfouri;Hamidreza Vosoughifar;Seyedehzeinab Hosseininejad
Smart Structures and Systems
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v.31
no.6
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pp.545-559
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2023
Nanoparticle strips (NPS) are widely used as external reinforcers for two-way reinforced concrete slabs. However, the Structural Health Monitoring (SHM) of these slabs is a very important issue and was evaluated in this study. This study has been done analytically and numerically to optimize the placement of sensors. The properties of slabs and carbon nanotubes as composite sheets were considered isotopic and orthotropic, respectively. The nonlinear Finite Element Method (FEM) approach and suitable optimal placement of sensor approach were developed as a new MATLAB toolbox called DECOMAC by the authors of this paper. The Suitable multi-objective function was considered in optimized processes based on distributed ECOMAC method. Some common concrete slabs in construction with different aspect ratios were considered as case studies. The dimension and distance of nano strips in retrofitting process were selected according to building codes. The results of Optimal Sensor Placement (OSP) by DECOMAC algorithm on un-retrofitted and retrofitted slabs were compared. The statistical analysis according to the Mann-Whitney criteria shows that there is a significant difference between them (mean P-value = 0.61).
Hong Geon-Ho;Choi Eun-Gyu;Lee Su-Jin;Shin Yeong-Soo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.1
s.79
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pp.94-101
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2004
This study shows the test results of seven RC beams retrofitted with modified polymer system and parametric study about the effects of tensile strength of retrofitting materials by analytical method on the flexural behavior. The main parameters are the retrofitted depth and length. The beams are loaded to the failure by four-point loading. Test results show that the effect of the retrofitted length on the structural behavior is more significant than that of depth. As the retrofitted depth is increased, the beams represents the brittle failure mode The non-linear analysis is carried out to grasp the effect of the tensile strength of retrofitting material on the structural behavior. As the retrofitted depth and length are increased, the tensile strength becomes more effective so these parameters should be considered to determine the retrofitted area. The analytical results show that failure strength is less than that of experimental results, but the stiffness is vice versa.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.109-112
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2006
In this study, an approach that installs seismic isolation bearings was proposed for the seismic retrofit of the existing bridges. The method that replaces all existing bearings with seismic isolators was proposed already. However, in this study, we recommend to utilize the existing bearings for the benefit of safety and cost. According to our proposal, the seismic isolators do not support vertical loads but they just function as the period shifter and the horizontal damper. To verify this approach experimentally, the real scale bearings and isolators for the real highway bridges were designed and fabricated. And the responses of this isolated bridges to the assumed earthquakes were determined by the pseudo dynamic test scheme. The test results were also compared to the responses computed by the well known structural analysis software to check the reliability of the test. From the test results, we found that the retrofitted bridges using the proposed method showed stable performances under earthquakes.
This paper presents a simple and efficient two-dimensional rigid-body-spring network model able to accurately estimate the fractural behavior of civil fiber reinforced pavements. The proposed rigid-body-spring network model, denoted as RBSN model, considers civil fiber reinforcing materials using the beam elements and link spring elements. The RBSN method is able to model collapse due to asphalt crushing and civil fiber slip. The RBSN model is used to predict the applied load-midspan deflection response of civil fiber retrofitted asphalt specimen subjected to the three-point bending. Numerical simulations and experimental measurements are compared to based on tests available in the literature. The numerically simulated responses agree significantly with the corresponding experimental results until the maximum load. However, It should be mentioned that, in order to more accurately predict the postpeak flexural behavior of the civil fiber retrofitted asphalt pavement, development of the advanced model to simulate the slip relationship between civil fiber and asphalt is required.
In this paper lead zirconate titanate transducers (PZT) are employed for damage detection of four reinforced concrete (RC) column specimens retrofitted with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) jackets. A major disadvantage of FRP jacketing in RC members is the inability to inspect visually if the concrete substrate is damaged and in such case to estimate the extent of damage. The parameter measured during uniaxial compression tests at random times for known strain values is the real part of the complex number of the Electromechanical Admittance (Conductance) of the sensors, obtained by a PXI platform. The transducers are placed in specific positions along the height of the columns for detecting the damage in different positions and carrying out conclusions for the variation of the Conductance in relation to the position the failure occurred. The quantification of the damage at the concrete substrate is achieved with the use of the root-mean-square-deviation (RMSD) index, which is evaluated for the corresponding strain values. The experimental results provide evidence that PZT transducers are sensitive to damage detection from an early stage of the experiment and that the use of PZT sensors for monitoring and detecting the damage of FRP-retrofitted reinforced concrete members, by using the Electromechanical Admittance (EMA) approach, can be a highly promising method.
The study is part of an experimental program on full-scale Un-Reinforced Masonry (URM) wall panels strengthened with Textile reinforced mortars (TRM). Eight brick walls (two with and five without central opening), were tested under the diagonal tension (shear) test method in order to investigate the strengthening system effectiveness on the in-plane behaviour of the walls. All the URM panels consist of the innovative components, named "Orthoblock K300 bricks" with vertical holes and a thin layer mortar. Both of them have great capacity and easy application and can be constructed much more rapidly than the traditional bricks and mortars, increasing productivity, as well as the compressive strength of the masonry walls. Several parameters pertaining to the in-plane shear behaviour of the retrofitted panels were investigated, including shear capacity, failure modes, the number of layers of the external TRM jacket, and the existence of the central opening of the wall. For both the control and retrofitted panels, the experimental shear capacity and failure mode were compared with the predictions of existing prediction models (ACI 2013, TA 2000, Triantafillou 1998, Triantafillou 2016, CNR 2018, CNR 2013, Eurocode 6, Eurocode 8, Thomoglou et al. 2020). The experimental work allowed an evaluation of the shear performance in the case of the bidirectional textile (TRM) system applied on the URM walls. The results have shown that some analytical models present a better accuracy in predicting the shear resistance of all the strengthened masonry walls with TRM systems which can be used in design guidelines for reliable predictions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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