In this study, a parametric study was performed considering material properties of concrete, material properties of steel, the number of longitudinal reinforcement (reinforcement ratio), CFRP ply orientations, a number of layers as variables by using ABAQUS. Firstly, the parameters used in the Hashin failure criteria were verified using four coupon tests of CFRP. Secondly, the numerical models of the beams strengthened by CFRP were verified using five experimental data. Finally, eighty numerical models and eighty analytic calculations were developed to investigate the effects of the aforementioned variables. The results revealed that in the case of using fibrous polymer to prevent shear failure, the variables related to reinforced concrete significantly affected the behavior of specimens, whereas the variables related to CFRP composite have a slight effect on the behavior of the specimens. As a result of numerical analysis, while the increase in the longitudinal tensile and compression reinforcement, load bearing capacity increases between 23.6%-70.7% and 5.6%-12.2%, respectively. Increase in compressive strength (29 MPa to 35 MPa) leads to a slight increase in the load-carrying capacity of the specimens between 4.6% and 7.2%. However, the decrease in the compressive strength (29 MPa to 20 MPa) significantly affected (between 6.4% and 8.1% decrease observed) the behavior of the specimens. As the yield strength increases or decreases, the capacity of specimens increase approximately 27.1% or decrease 12.1%. The effects of CFRP ply orientation results have been obtained as a negligible well approximately 3.7% difference. An increasing number of CFRP layers leads to almost no effect (approximately 2.8%) on the behavior of the specimen. Finally, according to the numerical analysis, the ductility values obtained between 4.0 and 6.9 indicate that the beams have sufficient ductility capacity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.4A
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pp.237-244
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2012
There is mounting recognition among concrete researchers that fiber reinforcement makes up for the inherent weakness in resisting tensile force of structural concrete. In practice of application of the fiber to concrete, however, several problems still remain to solve for assuring a uniform mix quality. The Kagome truss that is widely used in mechanical engineering field seems to be a good replacement for the steel fiber. This paper presents the test results of a pilot study for the concrete members reinforced by Kagome truss which is a periodic cellular metal of wire-woven. Three types of Kagome truss bulk were prefabricated and filled with normal concrete to make small-scaled test beams. The beams reinforced by a normal steel stirrups were also tested up to failure to compare the behavioral results. From the results obtained, it is appeared that comparing with beams reinforced by normal stirrups, the beams reinforced by Kagome truss showed better performance in load carrying capacity as well as ductility. Therefore, the Kagome truss is proved to be a good web shear reinforcing material.
Fiber-reinforced concrete (FRC) is a material with increasing application in civil engineering. Here it is assumed that the material consists of a great number of rather small fibers embedded into the concrete matrix. It would be advantageous to predict the mechanical properties of FRC using nondestructive testing; unfortunately, many testing methods for concrete are not applicable to FRC. In addition, design methods for FRC are either inaccurate or complicated. In three-point bending tests of FRC prisms, it has been observed that fiber reinforcement does not break but simply pulls out during specimen failure. Following that observation, this work is based on an assumption that the main components of a simple and rather accurate FRC model are mechanical properties of the concrete matrix and fiber pullout force. Properties of the concrete matrix could be determined from measurements on samples taken during concrete production, and fiber pullout force could be measured on samples with individual fibers embedded into concrete. However, there is no clear relationship between measurements on individual samples of concrete matrix with a single fiber and properties of the produced FRC. This work presents an inverse model for FRC that establishes a relation between parameters measured on individual material samples and properties of a structure made of the composite material. However, a deterministic relationship is clearly not possible since only a single beam specimen of 60 cm could easily contain over 100000 fibers. Our inverse model assumes that the probability density function of individual fiber properties is known, and that the global sample load-displacement curve is obtained from the experiment. Thus, each fiber is stochastically characterized and accordingly parameterized. A relationship between fiber parameters and global load-displacement response, the so-called forward model, is established. From the forward model, based on Levenberg-Marquardt procedure, the inverse model is formulated and successfully applied.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.1
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pp.95-102
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2002
The flexural behavior of the reinforced concrete (RC) structure upgraded by external reinforcements was examined in this study. It is well known that the incorporation of carbon fiber sheet (CFS) with concrete is one of the most effective ways to strengthen the RC structure. Complete bonding is required between CFS and concrete in order to make the RC structure provide its full function until the time the Re structures serve. Many studies have reported that construction deficiencies have caused the debonding of the CFS from concrete before the RC structure with CFS reaches its ultimate capacity. This research took a systematic look at the failure mechanism, macroscopic load-deformation characteristics, the maximum load applied, and maximum bending moment when construction deficiencies exist. The results of the experiment conducted were compared with theoretically derived values. In the future, the results of this investigation will help minimize the factors of construction deficiencies, which may occur when CFS is used to reinforce a RC structure. The experiment was manipulated with steel reinforcement ratio and piles of CFS on a total of 14 beams ($20cm{\times}30cm{\times}240cm$). The results showed that internal moment capacity increased even when construction deficiencies existed. However, RC structures with CFS in the field still contain a considerable level of potential risks.
The corrosion of steel reinforcing bar(re-bar) has been the major cause of the reinforced concrete deterioration. FRP(Fiber-reinforced polymer) reinforcing bar has emerged as one of the most promising and affordable solutions to the corrosion problems of steel reinforcement in structural concrete. However, FRP re-bar is pone to deteriorate due to other degradation mechanisms than those for steel. The high alkalinity of concrete, for instance, is a possible degradation source. Other potentially FRP re-bar aggressive environments are sea water, acid solution and fresh water/moisture. In this study long-term durability performance of FRP re-bar were evaluated. The mechanical and durability properties of two type of CFRP-, GFRP re-bar and one type of AFRP re-bar were investigated; the FRP re-bars were subjected to alkaline solution acid solution, salt solution and deionized water. The mechanical and durability properties were investigated by performing tensile, compressive and short beam tests. Experimental results confirmed the desirable resistance of FRP re-bar to aggressive chemical environment.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.579-584
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2001
The reinforced concrete(RC) beam is developed cracks because the compression strength of concrete is strong but the tensile strength is weak. The structural strength and stiffness is decreased by reduction of tension 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 structure and decrease the tensile flexural cracks and deflection. Therefore, The reinforced concrete used the fiber reinforced concrete at tensile part ensure the safety and serviceability of the concrete structures. In this study, analytical model of a dual concrete beam that is composed of the normal strength concrete at compression part and the high tensile strength concrete at tensile part is developed by using the equilibrium condition of forces and compatibility condition of strains and is parted into elastic analytical model and ultimate analytical model. Three group of test beam that is formed of one reinforced concrete beam and two dual concrete beams for each steel reinforcement ratio is 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 reinforced concrete beams have an increase in approximately 30%. In addition, the initial flexural rigidity, as used here, refer to the slope of load-deflection curves in elastic state is increased and the deflection is decreased.
Lee, Hyung-Joo;Kim, Seung-Ki;Lee, Heon-Seok;Kang, Yong-Hak;Kim, Woosuk;Kang, Thomas H.K.
Advances in concrete construction
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v.8
no.4
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pp.311-320
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2019
In this study, the effect of cellulose nanocrystals (CNCs) on the fire resistance properties of fiber-reinforced cement composites was investigated. The main variables were CNCs content (0.4, 0.8 and 1.2vol.% compared with cement), steel fiber ratio, and exposure temperature (100, 200, 400, 600 and 800℃). The fire resistance properties, i.e., residual compressive strength, flexural strength, and porosity, were evaluated in relation with the exposure temperature of the specimens. The CNCs suspensions were prepared to composited dispersion method of magnetic stirring and ultra-sonication. CNCs are effective for increasing the compressive strength at high temperatures but CNCs do not seem to have a significant effect on flexural reinforcement. Porosity test result showed CNCs reduce the non-hydration area inside the cement and promote hydration.
Park, Hee-Gon;Kwon, Hae-Won;Lee, Bo-Hyeong;Bae, Yeoun-Ki;Lee, Jae-Sam;Jung, Sang-Jin
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2009.11a
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pp.81-85
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2009
In the recent years, the high strength concrete has increasingly been used according to extending market of tall buildings. However, Ministry of Land, transport and Maritime Affairs was established by law with an alternative plan after June 2008 because of the weakness of high strength concrete accompanied spalling phenomena in fire. The mix design of concrete has to properly meet standards which are the spalling resistance of concrete and limited temperature of steel reinforcement. The fire proof concrete mixed fiber has widely been used to meet spalling safety on the many construction sites, the most researches about the fire proof concrete mixed fiber had being carried out focused on fire resistance, compressive strength and cast in place of concrete. But the most important thing is column shortening used the fire proof concrete within the vertical members. In this paper, the fire proof concrete filled spalling safety standards was experimented by required material when the column shortening is revised between normal concrete and fire proof concrete mixed fiber and then the results have done a comparative analysis. Also, The paper aimed to indicate a basic data for revision of column shortening of fire proof concrete.
The effect of steel microfibers (SMF) on alkali-silica reaction (ASR) was investigated using two types of reactive aggregates, crushed opal and a pyrex rod of constant diameter. Cracks are less visible in the SMF mortars compared with the unreinforced mortars. Due to crack growth resistance behavior in SMF mortar specimens, the strength loss is eliminated and the ASR products remained well confined within the ASR site. The expansion and the ASR products were characterized by microprobe analysis and inductively coupled plasma (ICP) spectroscopy. The confinement due to SMF resulted in a higher Na and Si ion concentration of the ASR liquid extracted from the reaction site. The higher concentration reduced the ASR rate and resulted in a lower reactivity of the reactive pyrex rods in SMF mortars.
Hollow reinforced concrete columns confined with GFRP tubes (GRCH) are composite members composed of the outer GFRP tube, the PVC or other plastic tube as the inner tube, and the reinforced concrete between two tubes. Because of their high ductility, light weight, corrosion resistance and convenient construction, many researchers pay attention to the composite members. However, there are few studies on GRCH members under eccentric compression compared with those under axial compression. Eight hollow columns were tested under eccentric compression, including one axial compression column and seven eccentric compression columns. The failure modes and force mechanisms of GRCH members were analyzed, considering the varying in hollow ratio, reinforcement ratio and eccentricity. The test results showed that configuring steel bars can greatly increase the bearing capacity and ductility of the members. Each component (GFRP tube, concrete, steel bar) had good deformation coordination and the strength of each material could be fully utilized. But for specimens with larger eccentricity ratio (er=0.4) and larger hollow ratio (χ=0.55), the restraining effect of GFRP tube on concrete was significantly decreased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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