The cracks are developed in reinforced concrete(RC) beams at the early stage of service load because of the relatively small tensile strength of concrete. The structural strength and stiffness are decreased by reduction of tensile resistance capacity of concrete due to the developed cracks. Using the fiber reinforced concrete that is increased the flexural strength and tensile strength at tensile part can enhance the strength and stiffness of concrete structures and decrease the tensile flexural cracks and deflections. Therefore, the RC beams used of the fiber reinforced concrete at. tensile part ensure the safety and serviceability of the concrete structures. In this work, analytical model of a dual concrete beams composed of the normal strength concrete at compression part and the high tension strength concrete at tensile part is developed by using the equilibrium conditions of forces and compatibility conditions of strains. Three groups of test beams that are formed of one reinforced concrete beam and two dual concrete beams for each steel reinforcement ratio are tested to examine the flexural behavior of dual concrete beams. The comparative study of total nine test beams is shown that the ultimate load of a dual concrete beams relative to the RC beams is increased in approximately 30%. In addition, the flexural rigidity, as used here, referred to the slope of load-deflection curves is increased and the deflection is decreased.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.585-590
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2001
The structural characteristics of concrete-filled glass fiber reinforced polymer tubes were studied. The concept of concrete-filled composite columns was introduced to overcome the corrosion problems associated with steel and concrete piles under severe environments. Other benefits of composite columns include low maintenance cost, high earthquake resistance, and long expected endurance period. Several experiments were conducted; 1) compression test for short-length composite columns, 2) uniaxial compression tests on a total of 7 columns with various slenderness ratios. Short-length columns give higher strength and ductility revealing high confinement action in concrete. Failure strengths, failure patterns, confinement effects, and stress-strains relations were analyzed for slender columns. Current study will show the feasibility of concrete-filled glass fiber reinforced polymer composite columns in corrosive environments, and will provide an experimental database for columns that are externally reinforced by multidirectional fibers.
This study investigates the effects of reinforcing bar diameter and cover depth on the shrinkage behavior of restrained ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) slabs. For this, twelve large-sized UHPFRC slabs with three different rebar diameters ($d_b=9.5$, 15.9, and 22.2 mm) and four different cover depths (h=5, 10, 20, and 30 mm) were fabricated. In addition, a large-sized UHPFRC slab without steel rebar was fabricated for evaluating degree of restraint. Test results revealed that the uses of steel rebar with a large diameter, leading to a larger reinforcement ratio, and a low cover depth are unfavorable regarding the restrained shrinkage performance of UHPFRC slabs, since a larger rebar diameter and a lower cover depth result in a higher degree of restraint. The shrinkage strain near the exposed surface was high because of water evaporation. However, below a depth of 18 mm, the shrinkage strain was seldom influenced by the cover depth; this was because of the very dense microstructure of UHPFRC. Finally, owing to their superior tensile strength, all UHPFRC slabs with steel rebars tested in this study showed no shrinkage cracks until 30 days.
Nanni, Antonio;Nenninger, Jeremy S.;Ash, Kenneth D.;Liu, Judy
Structural Engineering and Mechanics
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v.5
no.4
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pp.339-353
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1997
Fiber reinforced plastic (FRP) rods provide certain benefits over steel as concrete reinforcement, such as corrosion resistance, magnetic and electrical insulation, light weight, and high strength. FRP composites can be combined with a steel core to form hybrid reinforcing rods that take advantage of properties of both materials. The objective of this study was to characterize the bond behavior of hybrid FRP rods made with braided epoxy-impregnated aramid or poly-vinyl alcohol FRP skins. Eleven rod types were tested using two concrete strengths. Specific topics examined were bond strength, slip, and type of failure in concentric pull-out tests from concrete cubes. From analysis of identical pull-out tests on both hybrid and steel rods, information on relative bond strength and behavior were obtained. It is concluded that strength is similar but slip in hybrid rods is much higher. Hybrid rods failed either by pull-out or splitting the concrete block (with or without yielding of the steel core). Experimental data showed consistency with similar test results presented in the literature.
Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Ju, Hyunjin;Kim, Kang Su;Kang, Thomas H.K.;Pan, Zuanfeng
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.sup3
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pp.53-63
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2016
Steel fiber-reinforced prestressed concrete (SFRPSC) members typically have high shear strength and deformation capability, compared to conventional prestressed concrete (PSC) members, due to the resistance provided by steel fibers at the crack surface after the onset of diagonal cracking. In this study, shear tests were conducted on the SFRPSC members with the test variables of concrete compressive strength, fiber volume fraction, and prestressing force level. Their localized behavior around the critical shear cracks was measured by a non-contact image-based displacement measurement system, and thus their shear deformation was thoroughly investigated. The tested SFRPSC members showed higher shear strengths as the concrete compressive strength or the level of prestress increased, and their stiffnesses did not change significantly, even after diagonal cracking due to the resistance of steel fibers. As the level of prestress increased, the shear deformation was contributed by the crack opening displacement more than the slip displacement. In addition, the local displacements around the shear crack progressed toward directions that differ from those expected by the principal strain angles that can be typically obtained from the average strains of the concrete element. Thus, this localized deformation characteristics around the shear cracks should be considered when measuring the local deformation of concrete elements near discrete cracks or when calculating the local stresses.
The effects of concrete strength on bond-slip behavior and the failure mechanisms of glass fiber reinforced polymer (GFRP) bar embedded in concrete under direct pullout were investigated in this study. Total of twenty seven specimens were prepared by placing two different types of GFRP bars and conventional steel rebar in 25 MPa, 55 MPa, and 75 MPa concrete and tested according to CSA S806-02. The test results showed that the bond strength of the GFRP rebars as well as the steel increased with the concrete strength. However, the increase in the bond strength with respect to the concrete strength was not as significant in the GFRP series as the steel, and it was attributed to the interlaminar failure mechanism observed in the GFRP test specimens.
In this study, direct tension test for hybrid steel fiber reinforced ultra-high performance concrete (UHPC) containing two different steel fibers with a length of 16 and 19 mm was performed to investigate the fracture behavior of UHPC. Test results showed that crack strength and tensile strength, and fracture energy increased with increasing the fiber volume ratio. Based on the test results, the peak cohesive stress at the crack tip, tensile strength, and fracture energy depending on the fiber volume ratio were proposed. The proposed tensile strength of UHPC was suggested as a function of the fiber volume ratio and compressive strength. The peak cohesive stress at the crack tip and fracture energy were also proposed as a function of the tensile strength. The predicted values were relatively agree well with the test results. Thus, the proposed equations is expected to be applicable to UHPC with a compressive strength of 140~170 MPa and a fiber volume ratio of less than 2%.
Gulsan, M. Eren;Abdulhaleem, Khamees N.;Kurtoglu, Ahmet E.;Cevik, Abdulkadir
Computers and Concrete
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v.21
no.6
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pp.681-695
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2018
This pioneer study investigates the size effect on the compressive and tensile strengths of fiber-reinforced self-compacting concrete (FR-SCC) with different specimens, before and after exposure to elevated temperatures. 432 self-compacting concrete (SCC) specimens with two concrete grades (50 and 80MPa) and three steel fiber ratios (0%, 0.5% and 1%) were prepared and tested. Moreover, based on the experimental results, new formulations were proposed to predict the residual strengths for different specimens. A parametric study was also carried out to investigate the accuracy of proposed formulations. Residual strength results showed that the cylinder specimen with dimensions of $100{\times}200mm$ was the most affected, while the cube with a size of 100 mm maintained a constant difference with the standard cylinder ($150{\times}300mm$). Temperature effect on the cube specimen (150 mm) was the least in comparison to other specimen sizes and types. In general, provision of steel fibers in SCC mixtures resulted in a reduction in temperature effect on the variance of a conversion factor. Parametric study results confirm that the proposed numerical models are safe to be used for all types of SCC specimens.
Shaheen, Yousry B.I.;Mahmoud, Ashraf M.;Refat, Hala M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.2
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pp.155-171
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2017
This paper presents a proposed method for producing reinforced composite concrete columns reinforced with various types of metallic and non metallic mesh reinforcement. The experimental program includes casting and testing of twelve square columns having the dimensions of $100mm{\times}100mm{\times}1000mm$ under concentric compression loadings. The test samples comprise all designation specimens to make comparative study between conventionally reinforced concrete column and concrete columns reinforced with welded steel mesh, expanded steel mesh, fiber glass mesh and tensar mesh. The main variables are the type of innovative reinforcing materials, metallic or non metallic, the number of layers and volume fraction of reinforcement. The main objective is to evaluate the effectiveness of employing the new innovative materials in reinforcing the composite concrete columns. The results of an experimental investigation to examine the effectiveness of these produced columns are reported and discussed including strength, deformation, cracking, and ductility properties. Non-linear finite element analysis; (NLFEA) was carried out to simulate the behavior of the reinforced concrete composite columns. The numerical model could agree the behavior level of the test results. ANSYS-10.0 Software. Also, parametric study is presented to look at the variables that can mainly affect the mechanical behaviors of the model such as the change of column dimensions. The results proved that new reinforced concrete columns can be developed with high strength, crack resistance, and high ductility properties using the innovative composite materials.
In this article, the flexural and shear capacity of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete beams (UHPFRC) using two kinds of rebars, including GFRP and steel rebars, are experimentally investigated. For this purpose, six UHPFRC beams (250 × 300 × 1650 mm) with three reinforcement ratios (ρ) of 0.64, 1.05, and 1.45 were constructed using 2% steel fibers by volume. Half of the specimens were made of UHPFRC reinforced with GFRP rebars, while the other half were reinforced with conventional steel rebars. All specimens were tested to failure in four-point bending. Both the load-deformation at mid-span and the failure pattern were studied. The results showed that utilizing GFRP bars increases the flexural strength of UHPFRC beams in comparison to those made of steel bars, but at the same time, it reduces the post-cracking strain hardening. Furthermore, by increasing the percentage of longitudinal bars, both the post-cracking strain hardening and load-bearing capacity increase. Comparing the experiment results with some of the available equations and provisions cited in the valid design codes reveals that some of the equations to predict the flexural strength of UHPFRC beams reinforced with conventional steel and GFRP bars are reasonably conservative, while Khalil and Tayfur model is un-conservative. This issue makes it essential to modify the presented equations in this research for predicting the flexural strength of UHPFRC beams using GFRP bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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