This paper deals with the estimation of the maximum flexural crack widths using minimum crack spacing for reinforced concrete members. The proposed method utilizes the conventional crack and bond-slip theories as well as bonding transfer length and effects of creep and shrinkage between the reinforcement and concrete. An analytical equation for the estimation of the maximum flexural crack width is formulated as a function of mean bond stress. The validity, accuracy and efficiency of the proposed method are established by comparing the analytical results with the experimental data and the major code specifications (e.g., ACI, CEB-FIP Model code, Eurocode 2, etc.). The analytical results of analysis presented in this paper indicate that the proposed method can be effectively estimated the maximum flexural crack width of the reinforced concrete members.
Steel corrosion in reinforced concrete structures leads to concrete cover cracking, reduction of bond strength, and reduction of steel cross section. Among theses consequences mentioned, reduction of bond strength between reinforcement and concrete is of great importance to study the behaviour of RC members with corroded reinforcement. In this paper, firstly, an analytical model based on smeared cracking and average stress-strain relationship of concrete in tension is proposed to evaluate the maximum bursting pressure development in the cover concrete for noncorroded bar. Secondly, the internal pressure caused by the expansion of the corrosion products is evaluated by treating the cracked concrete as an orthotropic material. Finally, bond strength for corroded reinforcing bar is calculated and compared with test results.
The objective of this study is to clarify analytically the pullout behavior of axial bars from a footing. The bond stress-slip model obtained from the results by the finite element method as well as the pullout tests in massive concrete was used in order to evaluate the slip of bars from the footing. Also, the process of bond mechanism was taken into consideration on order to express the deterioration of bond stress along bars, The shape and magnitude of bond stress distribution depends upon each loading steps. Using equilibrium equation of axial force, $\tau$-S relationship and $\sigma$s-$\varepsilon$s relationship, the differential equations of each loading steps are derived. Applying both boundary and equilibrium conditions to the equations, the amount of slip could be determined. Calculated values on the basis of proposed method evaluation of the slip of bars have a good agreement with the experimental results.
The applicability of limit analysis methods in design and assessment of concrete structures generally requires a certain plastic deformation capacity. The latter is primarily provided by the ductility of the reinforcement, being additionally affected by the bond properties between reinforcing steel and concrete since they provoke strain localization in the reinforcement at cracks. The bond strength of reinforcing bars is not only governed by concrete quality, but also by construction details such as bar ribbing, bar spacing or concrete cover thickness. For new concrete structures, a potentially unfavorable impact on bond strength can easily be anticipated through appropriate code rules on construction details. In existing structures, these requirements may not be necessarily satisfied, consequently requiring additional considerations. This two-part paper investigates in a theoretical study the impacts of the most frequently encountered construction details which may not satisfy design code requirements on bond strength, steel strain localization and plastic deformation capacity of cracked structural concrete. The first part introduces basic considerations on bond, strain localization and plastic deformation capacity as well as the fundamentals of the Tension Chord Model underlying the further investigations. It also analyzes the impacts of the hardening behavior of reinforcing steel and concrete quality. The second part discusses the impacts of construction details (bar ribbing, bar spacing, and concrete cover thickness) and of additional structure-specific features such as bar diameter and crack spacing.
This study deals with the finite element analysis of the monotonic behavior of reinforced concrete beams and beam-column joint subassemblages. It is assumed that the behavior of these members can be discribed by a plane stress field. Concrete and reinforcing steel are represented by separate material models which are combined together with a model of the interaction between reinforcing bar and concrete through bond-slip to discribe the behavior of the composite reinforced concrete material. To discribe the concrete behavior, a nonlinear orthotropic model is adopted and the crack is discribed by a system of orthogonal cracks, which are rotating as the principal strain directions are changed. A smeared finite element model based on the fracture mechanics principles are used to overcome the numerical defect according to the finite element mesh size. Finally, correlation studies between analytical and experimental results and several parameter studies are conducted with the objective to estabilish the validity of the proposed model and identify the significance of various effects on the local and global response of reinforced concrete members.
This paper presents a nonlinear analysis of reinforced concrete column with lap splice confined by FRP wrapping in the critical hinging zone. The steel stress-slip model derived from the tri-uniform bond stress model presented in the companion paper is included in the nonlinear frame analysis to simulate the response of reinforced concrete columns subjected to cyclic displacement reversals. The nonlinear modeling is based on a fiber discretization of an RC column section. Each fiber is modeled as either nonlinear concrete or steel spring, whose load-deformation characteristics are calculated from the section of fiber and material properties. The steel spring that models the reinforcing bars consists of three sub-springs, i.e., steel bar sub-spring, lap splice spring, and anchorage bond-slip spring connected in series from top to bottom. By combining the steel stress versus slip of the lap splice, the stress-deformation of steel bar and the steel stress-slip of bars anchored into the footing, the nonlinear steel spring model is derived. The analytical responses are found to be close to experimental ones. The analysis without lap splice springs included may result in an erroneous overestimation in the strength and ductility of columns.
본 논문에서는 폭발하중을 받는 철근콘크리트 슬래브의 비선형 해석을 위한 개선된 수치 모델을 제안한다. 제안된 모델은 2축 응력 상태를 반영한 등가 강도에 의해 정의된 응력-변형률 관계를 사용하여 응력 상태를 직접 결정하는 변형률 속도 의존 이등방성 구성 모델을 다룬다. 또한, 균열 발생 후 콘크리트와 철근 사이의 부착 슬립이 점차 확대되어 소성힌지 영역으로 집중된다. 2축 응력 상태에서 콘크리트의 균열 방향은 주응력 방향에 따라 달라지므로 이를 고려한 부착 슬립 모델을 해석에 도입하였다. 해석 모델의 검증을 위해 수치해석과 실험결과의 상관관계 연구(correlation studies)가 수행되었다. 해석결과는 재료모델의 2축 거동과 부착 슬립의 영향을 고려하는 것이 해석결과의 정확성 향상에 중요함을 보여주며 제안된 해석 모델이 철근콘크리트 슬래브 부재의 폭발해석에 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.
Thirty one push-out tests were carried out in order to investigate the bond behavior between shape steel, steel tube (named steels) and recycled aggregate concrete (RAC), including 11 steel reinforced recycled aggregate concrete (SRRAC) columns, 10 recycled aggregate concrete-filled circular steel tube (RACFCST) columns and 10 recycled aggregate concrete-filled square steel tube (RACFSST) columns. Eleven recycled coarse aggregate (RCA) replacement ratios (i.e., 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% and 100%) were considered for SRRAC specimens, while five RCA replacement ratios (i.e., 0%, 25%, 50%, 75% and 100%), concrete type and length-diameter ratio for recycled aggregate concrete-filled steel tube (RACFST) specimens were designed in this paper. Based on the test results, the influences of all variable parameters on the bond strength between steels and RAC were investigated. It was found that the load-slip curves at the loading end appeared the initial slip earlier than the curves at the free end. In addition, eight practical bond strength models were applied to make checking computations for all the specimens. The theoretical analytical model for interfacial bond shear transmission length in each type of steel-RAC composite columns was established through the mechanical derivation, which can be used to design and evaluate the performance of anchorage zones in steel-RAC composite structures.
In the stability and sensitivity design and diagnosis approaches, there are various methodologies available. Bond graph modeling by lumping technique is one of the universal methodologies in methodical analysis used by many researchers in all over the world. The accuracy of the method is validated in different arenas. Bond graphs are a concise, pictorial representation of the energy storage, dissipation and exchange mechanisms of interacting dynamic systems, subsystems and components. This paper proposes a bond graph modeling for distributed parameter systems using lumping techniques. Therefore, a steel frame structure was modeled to analyze employing bond graph modeling of distributed system using lumping technique. In the analytical part, the effectiveness of bond graphs to model this system is demonstrated. The dynamic responses of the system were computed and compared with those computed from the finite element analysis. The calculated maximum deflection time histories were found to be comparable. The sensitivity and the stability of the steel frame structure was also studied in different aspects. Thus, the proposed methodology, with its simplicity, can be used for stability and sensitivity analyses as alternative to finite element method for steel structures. The major value brought in the practical design is the simplicity of the proposed method for steel structures.
An accurate and efficient analytical model describing the bond effect between reinforcing steel and concrete without taking the double nodes is presented. To increase the efficiency of the solution and reduce the number of degrees of freedom, the reinforcing bar elements are considered to be embedded in the connote elements. Relative douses of freedom accounting for the relative slip between reinforcing steel and concrete are condensed out during the stiffness formation phase. However, these degrees of freedom Can be taken into account explicitly by solving the constructed global equilibrium equation for each reinforcing steel. The usefulness of proposed model is established through the comparison with the experimental data subjected on push and push-pull loadings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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