KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.2D
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pp.135-141
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2010
Dowel bar in the jointed concrete pavement has been designed and constructed by Foreign standard and experience in Korea. The behavior of dowel bar is explored based in analyze of 3-Dimension Finite Element Method. To evaluate behavior of dowel bar compared Timoshenko theory and 3-Dimensional Finite Element Method. Based on the 3-Dimension Finite Element Method analyze the dowel-bar optimum position that can reduce deflections of slabs by considering wheel path distributions was suggest in this study.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.5
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pp.2125-2133
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2013
Recently, an interest on joint behavior between adjacent concrete slab tracks has increasing due to large application of such track system. Dowel bars are widely used to improve load transfer capacity across the joints. Dowel bars reduce the deflections and stresses by transferring the load between the slabs. This study proposes the lumped shear spring model to efficiently model dowel joints of adjacent slabs. This model includes bearing stiffness between dowel bar and concrete as well as dowel gap. Strength of the proposed spring model is evaluated based on Concrete Capacity Design method under the assumption of shear failure mode in the joints. Experiments are also performed up to failure to evaluate the accuracy of the proposed model. It has been observed that the proposed model is able to predict initial nonlinearity due to dowel gap, and capture material nonlinearity of the test slabs. Thus, it is recommended that the proposed model can be effectively applied to the dowel joints of concrete slab track.
As well known, dowel bars are used to transfer traffic load acting on one edge to another edge of concrete slab in concrete pavement system. The dowel bars widely used in South Korea are round shape steel bar and they shows satisfactory performance under bending stress which is developed by repetitive traffic loading and environment loading. However, they are not invulnerable to erosion that may be caused by moisture from masonry joint or bottom of the pavement system. Especially, the erosion could rapidly progress with saline to prevent frost of snow in winter time. The problem under this circumstance is that the erosion not only drops strength of the steel dower bar but also comes with volume expansion of the steel dowel bar which can reduce load transferring efficiency of the steel dowel bar. To avoid this erosion problem in reasonable expenses, dowers bars with various materials are being developed. Fiber reinforced plastic(FRP) dower that is presented in this paper is suggested as an alternative of the steel dowel bar and it shows competitive resistance against erosion and tensile stress. The FRP dowel bar is developed in tube shape and is filled with high strength no shrinkage. Several slab thickness designs with the FRP dowel bars are performed by evaluating bearing stress between the dowel bar and concrete slab. To calculated the bearing stresses, theoretical formulation and finite element method(FEM) are utilized with material properties measured from laboratory tests. The results show that both FRP tube dowel bars with diameters of 32mm and 40mm satisfy bearing stress requirement for dowel bars. Also, with consideration that lean concrete is typical material to support concrete slab in South Korea, which means low load transfer efficiency and, therefore, low bearing stress, the FRP tube dowel bar can be used as a replacement of round shape steel bar.
Shear test procedure for concrete-dowel interaction was proposed along with determination of dowel support reaction factor or shear spring stiffness constant using the spreadsheet example. For this task, three AASHTO-type standard specimens were prepared to simulate behavior of the jointed concrete pavement. A side support system was adopted to minimize twisting of the test specimen which had been observed in a preliminary test. A typical elastic behavior of the dowel-concrete interaction was observed from several test loops of loading, unloading and reloading procedures. However load versus slab displacement represents to be nonlinear. Test results show that the dowel support reaction factor ranges from 550-880 GN/m3, which is 1.4-2.2 times greater than 407GN/m3 proposed by Yoder and Witczak. This is because less torsional distraction was occurred with the help of a side support system adopted in this experiment. The dowel support reaction factor or shear spring stiffness constant obtained from the procedures proposed in this paper may be used as a reference data for the structural analysis of jointed concrete pavement.
This study was conducted to investigate the causes that induce the T-shape cracks at the joints in the jointed concrete pavements(JCPs). The finite element models of JCP including dowel bars were developed and the stress distribution in the slab was investigated under environmental loads. To investigate the effect of dowel bars on the transverse stresses at the joints that induce the T-shape cracks, the slab curling behavior was analyzed with and without dowel bars. In addition, the stress concentration was investigated when the dowel bar was not installed at the mid-depth of the slab. The results of this study showed that the transverse stresses were not affected by the dowel bars if the dowel bars were installed at the mid-depth of the slab. However, if the dowel bars were not installed at the mid-depth, the transverse stresses were concentrated at the dowel bar locations when the slab curled. The stress concentration was dependent on the contact characteristics between the dowel bar and concrete, and was significantly large when the dowel bar not installed at the mid-depth was located far from the edge of the slab. Therefore, to mitigate T-shape cracking in JCP, dowel bars should be very carefully installed and leveled at the proper locations.
Dowel bars in the jointed concrete pavement are used to both provide load transfer across pavements joints and prevent the joint faulting leading to longer service life. On the contrary, the misplacement of dowel bar can provide negative results including the joint freezing(locking) that may cause the joint spatting and unexpected mid-slab cracking. The dowel bar can be placed using the assembly or dowel bar inserter (DBI) during the concrete pavement construction. In the domestic practice of the concrete pavement construction, the dowel bar is placed using the assembly method. This study primarily focuses on the comparison of these two dowel placement methods using the field data from the KHC test road in which both dowel placement methods have been applied to a certain length of the concrete pavement. The field data regarding the alignment of the dowel bars placed by both methods was collected using MIT-SCAN2, a nondestructive measuring equipment, and processed to compute Joint Score and Running Ave. Joint Score which are used as indicators of the dowel bar performance. The comparison of the methods for the dowel bar placement using these indicators shows that the DBI method provided much better alignment of the dowel bars reducing the risk of joint freezing than the assembly method. In order to improve the quality of the dowel bar placement using the assembly method, the current weak points of the assembly method including the fabrication, storage, and installation of dowel bar assembly were investigated and the solution was suggested. The improved dowel bar sets based on the suggested solution have been applied to an actual practice of the concrete pavement construction. The field data shows that the improved assembly method suggested in this study can highly reduce the risk of joint freezing.
Won, Jong Pil;Jang, Chang Il;Park, Chan-Gi;Lee, Sang Woo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3D
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pp.325-330
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2008
This study carried out the repeated freezing-thawing test in order to understand the long-term degradation mechanism of GFRP dowel bars. The mechanical property measured by shear test. In addition, analyzes repeated freezing-thawing degradation mechanism of GFRP dowel bars by observe the microstructure through Scanning Electron Microscope (SEM) and Gas Physisorption techniques. As the result of test, it was found that the mechanical property didn't decreased as the exposure time to water and repeated freezing-thawing environment. It shows clearly observed microstructure investigations.
Dowel-bar in the jointed concrete pavement has been designed and constructed by Foreign standard and experience in Korea. Timoshenko solution was evaluated for dowel bar design. However, various assumptions, Timoshenko solution evaluated only single dowel bar. Therefore, This study object is evaluated the guide line dowel size and arrangement that using the 3Dimensional Finite Element Method. Dowel bar behavior, Timoshenko solution and 3D FEM estimated used result. Dowel allowable stress and Friberg bearing stress estimated using result. The effects of Dowel Group Action were analyzed using Timoshenko range and Friberg range and 3D FEM.
This paper compares the load transfer efficiency between precast concrete pavement specimen and typical concrete pavement specimen by means of laboratory and field tests. An experimental method was developed to evaluate the load transfer efficiency of the dowel bars buried in the concrete pocket and grouted with cement mortar. The test results showed that the load transfer efficiency of the specimen for the dowel bars repaired with grout was equivalent to that of the control specimen. In addition, a series of FWD field tests were conducted on the precast pavement to evaluate the joint stiffness. The field test results revealed that the central deflection of the precast slab slightly increased but the load transfer efficiencies at the joints were almost the same as those in the typical concrete pavement slab.
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