FIB is introduced as the sole guideline for the design purpose that results in a practical relationship for the torsional capacity of concrete beams strengthened with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP). This study applies first-order reliability method to assess the reliability evaluation of the torsional capacity of CFRP-strengthened beams on the basis of FIB guidelines. In terms of steel reinforcement losses, this study applies a corrosion model to investigate the ceaseless deterioration of the existing structure. Hence, the average of reliability indices varies between 2.68 and 2.80, indicating the reliability viewpoint of the design methodologies. The average values are somehow low compared to the target values of reliability (3.0 or 3.5) applied in the calibration stage of the FIB guideline. In this way, the partial safety factors may change in the forthcoming guideline revisions. For this aim, the reliability of strengthening ratio was applied to assess the variation in the average value of the reliability index with different partial safety factors. The performance of parametric study for the factor proved that minimum values of 1.60 and 2.32 are required for target values of reliability (3.0 and 3.5), respectively.
Muhammad Saad Ifrahim;Abdul Jabbar Sangi;Shuaib H. Ahmad
Computers and Concrete
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v.31
no.6
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pp.527-536
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2023
Fiber Reinforced Polymer (FRP) bar has emerged as a viable and sustainable replacement to steel in reinforced concrete (RC) under severe corrosive environment. The behavior of concrete columns reinforced with FRP bars, spirals, and hoops is an ongoing area of research. In this study, 3D nonlinear numerical modelling of circular concrete columns reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) bars and transversely confined with GFRP spirals were conducted using fracture-plastic model. The numerical models and experimental results are found to be in good agreement. The effectiveness of confinement was accessed through von-mises stresses, and it was found that the stresses in the concrete's core are higher with a 30 mm pitch (46 MPa) compared to a 60 mm pitch (36 MPa). The validated models are used to conduct parametric studies. In terms of axial load carrying capacity and member ductility, the effect of concrete strength, spiral pitch, and longitudinal reinforcement ratio are thoroughly investigated. The confinement effect and member ductility of a GFRP RC column increases as the spiral pitch decreases. It is also found that the confinement effect and member ductility decreased with increase in strength of concrete.
Ali Saribiyik;Ozlem Ozturk;Ferhat Aydin;Yasin Onuralp Ozkilic;Emrah Madenci
Steel and Composite Structures
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v.50
no.4
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pp.475-487
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2024
The usage of fiber-reinforced polymer materials increases in the construction sector due to their advantages in terms of high mechanical strength, lightness, corrosion resistance, low density and high strength/density ratio, low maintenance and painting needs, and high workability. In this study, it is aimed to improve mechanical properties of GFRP box profiles, produced by pultrusion method, by filling the polymer concrete into them. Within the scope of study, hybrid use of polymer concrete produced with GFRP box profiles was investigated. Hybrid pressure and bending specimens were produced by filling polymer concrete (polyester resin manufactured with natural sand and stone chips) into GFRP box profiles having different cross-sections and dimensions. Behavior of the produced hybrid members was investigated under bending and compression tests. Hollow GFRPxx profiles, polymer-filled hybrid members, and nominative polymeric concrete specimens were tested as well. The behavior of the specimens under pressure and bending tests, and their load bearing capacities, deformations and changes in toughness were observed. According to the test results; It was deduced that hybrid design has many advantages over its component materials as well as superior physical and mechanical properties.
In this study, side-face blowout failure strength of high strength headed reinforcing bar, which is vertically anchoring between RC or SFRC members, is evaluated throughout pullout test. The major test parameters are content ratio of high strength steel fibers, strength of rebar, length of anchorage, presence of shear reinforcement, and the side concrete cover thickness planned to be 1.3 times of the rebar. In pullout test, tensile force was applied to the headed reinforcing bar with the hinged supports positioned 1.5 and 0.7 times the anchorage length on both sides of the headed reinforcing bar. As a result, the cone-shaped crack occurred where the headed reinforcing bar embedded and finally side-face blowout failure caused by bearing pressure of the headed reinforcing bar. The tensile strength of specimens increased by 13.0 ~26.2% with shear reinforcement. The pullout strength of the specimens increased by 3.6 ~15.4% according to steel fiber reinforcement. Increasing the anchoring length and shear reinforcement were evaluated to reduce the stress bearing ration of the total stress.
Free vibration of a thin-walled laminated composite beam is studied. A general analytical model applicable to the dynamic behavior of a thin-walled channel section composite is developed. This model is based on the classical lamination theory, and accounts for the coupling of flexural and torsional modes for arbitrary laminate stacking sequence configuration. i.e. unsymmetric as well as symmetric, and various boundary conditions. A displacement-based one-dimensional finite element model is developed to predict natural frequencies and corresponding vibration modes for a thin-walled composite beam. Equations of motion are derived from the Hamilton's principle. Numerical results are obtained for thin-walled composite addressing the effects of fiber angle. modulus ratio. and boundary conditions on the vibration frequencies and mode shapes of the composites.
The variation in microstructure and texture during continuous annealing was examined in a series of 1.6% Mn-0.1% Cr-0.3% Mo-0.005% B steels with carbon contents in the range of 0.010 to 0.030%. It was found that microstructure of hot band consisted of ferrite and pearlite as a consequence of high coiling temperature, and eutectoid carbon content was between 0.011% and 0.016%. Martensite ranged in volume fraction from 1.5% to 4.0% when annealed at $820{\circ}C$ according to the typical continuous annealing cycle. The critical martensite content for the continuous yielding was about 4% from stress-strain curves. The continuous yielding was obtained in the 0.030% carbon steel and 0.010% to 0.020% carbon steels revealed some yield point elongation ranging from 0.8% to 2.2% in as-annealed conditions. Higher tensile strength in the higher carbon steel is due to both increase in the martensite volume fraction and ferrite grain refinement. Decreasing the carbon content to 0.01% strengthened the intensities of ${\gamma}$-fiber textures, resulting in the increase in the $r_m$ value, which was caused by the lower volume fraction of martensite. The higher carbon steels showed the lower $r_m$ value of about 1.0.
To obtain a lower story height with a long span and better fire resistance, a new composite floor system using GFRP (glass-fiber-reinforced plastics) was proposed. This floor system consists of asymmetric steel with a web opening, a hollow core ball, concrete, and GFRP. To evaluate the flexural performance of the new composite floor system, an experiment was conducted. The test parameters were the presence of GFRP, the void ratio in relation to the hollow core balls, and the web opening. The test results showed that the resistance and stiffness of the specimen with GFRP were 10% higher than those of the reference specimen, and that fully composite action was accomplished up to the yielding point. After the attainment of the yield strength, the ductility of the specimen was reduced due to the stress concentration around the web openings. The slip between the concrete and steel beam, however, was small. Thus, in the design of the proposed new floor systems, it is desirable that the calculated resistance be reduced by 15%, for safety.
SFRC overcomes brittleness of concrete and has increases strength due to the action of confmement,
crack arrestmg mechan~sm and pull out resistances of steel f~bers ~ n s ~ d e the concrete.
These lead also to the increased strength and ductility under the shear stress. It has been reported
that the secondary remforcement effect of steel fibers IS more pronounced In shear than
flexure. Addition of hooked stee!, fibers into the cementitious materials enhanced shear resistance
and consequently improves structural behavior and shear strength of Reinforced
Hooked-Steel-Fiber Concrete Ream(RHSFCI3) under the shear forces. Experimental observations
were made on the main parameters effecting structural behavior of RHSFCB in this study.
The volume fractions of fibers, shear span to depth ratios, and spaclngs of stlrrups were taken
into account as the mam parameters. Some eyuatlons reported in the literatures, regardmg the
predict~ons of the shear strength of RHSFCB have been evaluated stdtlst~cdlly based on the tot
a1 number of 95 test results on RHSFCB faded In shear on shear flexu~al mode.
This study investigates the relationship between the performance of fresh and hardened Ultra-High Performance Concrete (UHPC) without heat treatment. The performance of fresh UHPC is determined by the slump flow test related to the fluidity of concrete mixtures, and the air content test. The variables of these tests are the water to binder ratio, superplasticizer dosages and volume fractions of steel fiber. Generally, insufficient fluidity and excessive air contents in concrete mixtures lead to the insufficient packing density related to the performance of harden concrete. The performance of hardened UHPC is determined by the compressive and flexural tensile tests. The results of the fresh UHPC tests show that there is the linear correlation between each variable and the slump flow diameter, and that the slump flow diameter is linearly decreased as the air content ratio increase. Using these results, the formula is developed to predict the fresh performance before mixing UHPC. The results of the hardened UHPC tests show that the hardened performance is not influenced by the air content ratio in the range of 3.2 to 4.2 per cent. However, the flexural tensile strength dominantly influenced by the volume fractions of steel fiber.
Kwon, Woo-Hyun;Kim, Woo-Suk;Kang, Thomas H.K.;Hong, Sung-Gul;Kwak, Yoon-Keun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.6
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pp.711-722
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2011
Beam-column gravity or Intermediate Moment frames subjected to unexpected large displacements are vulnerable when no seismic details are provided, which is typical. Conversely, economic efficiency of those frames is decreased if unnecessary special detailing is applied as the beam and column size becomes quite large and steel congestion is caused by joint transverse reinforcement in beam-column connections. Moderate seismic design is used in Korea for beam-column connections of buildings with structural walls, which are to be destroyed when the unexpected large earthquake occurs. Nonetheless, performance of such beamcolumn connections may be substantially improved by the addition of steel fibers. This study was conducted to investigate the effect of steel fibers in reinforced concrete exterior beam-column connections and possibility for the replacement of some joint transverse reinforcement. Ten half-scale beam-column connections with non-seismic details were tested under cyclic loads with two cycles at each drift up to 19 cycles. Main test parameters used were the volume ratio of steel fibers (0%, 1%, 1.5%) and joint transverse reinforcement amount. The test results show that maximum capacity, energy dissipation capacity, shear strength and bond condition are improved with the application of steel fibers to substitute transverse reinforcement of beam-column connections. Furthermore, several shear strength equations for exterior connections were examined, including the proposed equation for steel fiber-reinforced concrete exterior connections with non-seismic details.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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