Crack formations are inevitable in reinforced concrete structures. To estimate crack widths, empirical formulae are used widely and indirect crack controling methods of limiting bar spacing and bar diameter are also used due to their simplicity. In EC2, the characteristic crack width is calculated by multiplying maximum crack spacing and average strain. In this study, limit values of maximum bar spacing and bar diameter are examined as the material characteristics are varied. Two models of tension stiffening effect and maximum crack spacing and their effects are evaluated. The obtained results are compared with the values obtained using KCI method. The results showed that a significant difference is found when two tension stiffening effect are employed, and an under-estimation is found when 2nd order tension stiffening effect and maximum crack spacing limit from Part II were implemented. Therefore, a rational indirect crack control method attained using the tension stiffening effect of 2nd order form is needed. Also, a consistency in serviceabiliy analysis in flexural members needs to be secured. In order to achieve these goals, two crack controling models are suggested.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.38
no.2
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pp.193-202
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2018
This paper proposed a crack spacing calculation formulation which is an important parameter for calculating the crack width, that is the main factor for verification of serviceability limit states and durability performance evaluation of reinforced concrete members. The basic equation of average crack spacing is derived by considering the bond characteristics which is the governing equation for the analysis of cracking behavior in reinforced concrete members. In order to consider the effect of the cover thickness and concrete compressive strength, the crack spacing measured in 124 direct tensile tests performed by several researchers was analyzed and each coefficient was proposed. And, correlation analysis was performed from 80 specimen data where the maximum and average crack spacing were simultaneously measured, and a correlation coefficient that can easily predict the maximum crack spacing from the average crack spacing was proposed. The results of the proposed average crack spacing equation and maximum crack spacing correlation were compared with those current design code specification. The comparisons of proposed equations and the Korean design codes show that the proposed formulation for the average crack spacing and the maximum crack spacing improves the accuracy and reliability of prediction compared to the corresponding provisions of the Korean Concrete Structural Design Code and Korean Highway Bridge Design Code (Limit States Design).
For a practical simplicity in designing of reinforced concrete structures, the indirect crack controlling method of limiting bar spacing is adopted in KCI structural design provisions. In addition, a direct method for evaluating crack width is also provided in the appendix of the code. But there may be some mismatched results between these two crack controlling methods. In this study, limit values of maximum bar spacing calculated from KCI provisions, KCI appendix, and Frosch's equation are examined as concrete strength, cross-section height, and concrete cover are varied, and the differences are analyzed. From the results, it becomes clear that the differences between maximum bar spacing calculated from KCI code text provisions and those from KCI code appendix provisions are too significant to be neglected. Therefore, rational crack models are suggested in order to get rid of the discrepancy between the direct and indirect control methods.
Park, Kyoung-Woo;Lee, Jun-Seok;Kim, Woo;Kim, Dae-Joong;Lee, Gi-Yeol
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.4
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pp.475-482
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2014
This paper presents the experimental results concentrically reinforced concrete tension members and compares cracking behavior of amorphous steel fiber and normal steel fiber reinforced concrete members. Two kind of steel fibers were included as a major experimental parameter together with the six cover thickness to bar diameter ratio ($c/d_b$). The presence of amorphous steel fibers effectively controlled the splitting cracks initation and propagation. In the amorphous steel fiber reinforced specimens, no splitting cracks were observed that becomes higher with cover thickness to bar diameter ratio is 2.0. Crack spacing of the each specimens reinforced with amorphous steel fibers and normal steel fibers becomes larger with the increase in cover thickness, and also measured maximum and average crack spacing are significantly smaller than current design code provision. Based on the measured crack spacings, a relationships for predicting the crack spacing is proposed using the measured average crack spacing in amorphous steel fiber reinforced concrete tension members.
Park, Joo-Young;Hong, Dong-Seong;Lim, Jin-Sun;Jeong, Jin-Hoon
International Journal of Highway Engineering
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v.13
no.4
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pp.51-59
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2011
Tensile stress occurs and random crack develops in concrete pavement slab when it contracts by variation of temperature and humidity. The tensile stress decreases and the random crack is minimized by sawcutting the slab and inducing the crack with regular spacing. The random crack, joint damage, decrease of load transfer efficiency are caused by too wide joint spacing while too narrow joint spacing leads to increase of construction cost and decrease of comfort. A mechanistic-empirical joint spacing design method for the concrete pavement was developed in this study. Structurally and environmentally weakest sections were found among the sections showing good performance, and design strengths were determined by finite element analysis on the sections. The joint width for which the load transfer efficiency is suddenly lowered was determined as allowable joint with referring to existing research results. The maximum joint spacing for which the maximum tensile stress calculated by the finite element analysis did not exceed the design strength were found. And the maximum joint width expected by the maximum joint spacing were compared to the allowable joint width. The new method developed in this study was applied to two zones of Hamyang-Woolsan Expressway being designed. The same joint spacing as a test section constructed by 8.0m of joint spacing wider than usual was calculated by the design method. Very low cracking measured at 6 years after opening of the test section verified the design method developed in this study.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.5
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pp.98-105
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2018
Cracks in RC members occurred as a result of material and structural factors. The crack width and a crack location are very difficult to examine. A direct crack control method and indirect crack control method to control a crack are presented in the KHBDC (LSD) and KSCDC (2012). In the KSCDC text, cracks are controlled by steel spacing indirectly under a service load. On the other hand, in the KSCDC appendix, cracks are controlled by a crack width directly under a sustained load. In particular, the loading state considered is different. On the other hand, cracks are controlled under a combination of service load and an effective elastic modulus is used in KHBDC. Therefore, in this study, an effective elastic modulus that can reflect the ratio of the sustained load and live load was applied, and a maximum steel spacing was calculated through a design crack width. A variable interpretation was carried out, and a rational crack control method was assessed. As a result, a steel spacing through the design crack width in the KSCDC was smaller than that from the design crack width in the KHBDC, which leads to a conservative design. In addition, the maximum steel spacing suggested in this study has a consistency eliminating the difference between direct crack control and indirect crack control.
In this study, the effect of the hole spacing and the detonation delay time in the long hole blasting of two free surface rock mass on the variation of the principal strains in the vicinity of blasting holes is investigated by use of the finite element program, Visual FEA. The cross section perpendicular to blasting holes is modelled and the maximum principal strains at some major points in the cracking zone are examined. As a result, it was found that the maximum principal strain in the cracking zone becomes larger in the long hole blasting with the narrower hole spacing and the longer detonation delay time. The maximum principal strain was affected by the detonation position in charge hole.
Kim, Buyng-Hwan;Kim, Young-Jin;Choi, Seung-Won;Kim, Woo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.67-68
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2010
The bond stress and crack spacing are effected the calculated crackwidth. EC2 and MC90 suggest crackwidth function that maximum crack spacing and difference average strain. This study is predict crackwidth, according to each design standard than comprison and analyis test data. The result, each design standard ways are predict well to test data.
The number of old concrete structure which needs to be strengthened has been increased. The repair and strengthening methods have to be determined based on the current status of the structure. Consequently the estimation method for the damage status of the structure has been desperately needed, but no studies have been tried to use the crack and deflection characteristics to estimate the damage status. In this study, the crack characteristics depending on load level were measured and analysed. The crack characteristics observed from 11 samples were compared with damage status, and load level, The crack characteristics examined in this study include crack number, crack length, crack range, crack interval, maximum crack length, crack area, and average crack length. The deflections were normalized based on yield deflection, and the relationship between the relative deflection and the standardized crack characteristics were compared. Among the crack characteristics, crack interval, crack area, crack range, and maximum crack length, have been showed a close relationship to the relative deflection. Therefore, if such crack characteristics are evaluated, the maximum load applied to the structure is believed to be estimated. if additional parameters such as size of specimen, strength of concrete and steel, and steel ratio are studied, the damage status of structure can be estimated more accurately.
Kim, Yun-Yong;Lee, Bang-Yeon;Kwon, Seung-Hee;Kim, Jeong-Su
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.917-920
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2008
ECC is a special kind of high performance cementititous composite which exhibits typically more than 2% tensile strain capacity by bridging microcracks at a crack section. Therefore, micromechanics should be adopted to obtain multiple cracking and strain hardening behavior. This paper propose a linear elastic analysis method to simulate the multiple cracking and strain hardening behavior of ECC. In an analysis, the stress-crack opening relation modified considering the orientation of fibers and the number of effective fibers is adopted. Furthermore, to account for uncertainty of materials and interface between materials, the randomness is assigned to the tensile strength(${\sigma}_{fci}$), elastic modulus($E_{ci}$), peak bridging stress(${\sigma}_{Bi}$) and crack opening at peak bridging stress(${\delta}_{Bi}$), initial stress at a crack section due to chemical bonding, (${\sigma}_{0i}$), and crack spacing(${\alpha}_cX_d$). Test results shows the number of cracking and stiffness of cracked section are important parameters and strain hardening behavior and maximum strain capacity can be simulated using the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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