In this paper, a modified rigid body spring model (RBSM) is proposed and used to analyze the damage and failure process of reinforced concrete (RC) structures. In the proposed model, the concrete is represented by an assembly of rigid blocks connected with a uniform distribution of normal and tangential springs to simulate the macroscopic mechanical behavior of concrete. Steel bars are evenly dispersed into rigid blocks as a kind of homogeneous axial material, and an additional uniform distribution of axial and dowel springs is defined to consider the axial stiffness and dowel action of steel bars. Perfect bond between the concrete and steel bars is assumed, and tension stiffening effect of steel bars is modeled by adjusting the constitutive relationship for the tensile reinforcement. Adjacent blocks are allowed to separate at the contact interface, which makes it convenient and easy to simulate the cracking process of concrete. The failure of the springs is determined by the Mohr-Coulomb type criterion with the tension and compression caps. The effectiveness of the proposed method is confirmed by elastic analyses of a cantilever beam under different loading conditions and failure analyses of a RC beam under two-point loading.
Results of an experimental study on the pullout behavior of the headed reinforcement are presented. A total of 48 pullout tests was performed to evaluate pullout strengths and load-displacement behaviors in pullout of the headed bars. The square steel heads had gross area of 4 $A_{b}$ and thickness of $d_{b}$ The test program consisted of three pullout test groups: Simple and Edge pullout tests using plain concrete slabs, comparison of pullout performances between the standard hooks and the headed reinforcement, and pullout tests of headed reinforcement using reinforced concrete columns. Test variables included concrete strengths ( $f_{c}$' = 27.1MPa, 39.1MPa), reinforcing bar diameters (D16~D29), embedment depths (6 $d_{b}$~12 $d_{b}$), edge conditions, column reinforcement, and single-vs.-multiple bar pullout. Test results revealed that the heads effectively provided the pullout resistances of the deformed bars in tension. The load-displacement behaviors were similar between the 90-degree hooks and the headed reinforcement. When a multiple number of headed bars installed with small head-to-head spacings was pulled out, reinforcement designed to run across the concrete failure surface in a direction parallel to the headed bars helped improve the pullout performances of the headed reinforcement.t.ement.t.
This paper presents the construction and test results of an HTS induction motor. End rings and short bars were made of HTS tapes, To increase the efficiency and starting torque, HTS tapes can be used as the rotor bars. Because large current is induced in the rotor circuit, HTS tapes quench and high starting torque can be obtained. As the speed of rotor builds up. HTS tapes which are used as short bars become superconducting state again. After the HTS tapes recover from quench, resistance of the rotor circuit is nearly zero. In that case, power loss in rotor circuit is eliminated. Stator of the conventional induction motor was used as the stator of the HTS motor. Rated capacity of the conventional motor was 0.75 kW. Performances of the HTS induction motor were compared with those of the conventional motor with same volume and specification. Test result showed that the speeds of the HTS induction motor were the same with synchronous speed up to 2.6 Nm and 1.788 rpm at 9.7 Nm. It guarantees the high efficiency of the HTS motor. Starting torque of the HTS motor was more than twice of the conventional motor.
In recent years, conskderable interest has developed in the fatigue strength of reinforced concrete members subjected to cyclic loading for the wide-spread adoption of ultimate strength design poecedures, the higher strength materials and the new recognition of the effect of repeated loading on structures such as bridges, concrete pavementes and offshore structures. In this study, a series of experiments is carried out to investigate the fatigue characteristics of deformed bars and underreinforced simply supported beams. The 69 reinforcing bar specimens with grade SD30 and designation of D16, D22, D25, and 24 beam specimens with D16 bars are prepared for this study. From these series of tests, it is found that I) a decrease of the bar deameter result in increased fatigue life, ii) the fatigue life of the bars embedded as main reinforcement within a concrete is more than that of bars in the air. iii) the fatigue strength at 2$\times$106 cycles of beams with steel ratio of 0.61% and 1.22% is 64.5% and 63.2% of the yielding strength, restectively. It is concluded that the low steel ratio has no significant effect on fatigue strength of underreinforced beams and the fatigue life of underreinforced concrete beams can be predicted conservatively by the fatigue life lf reinforcing bar.
The effect of reinforcing concrete members with high strength steel bars with yield strength up to 600 MPa on the overall seismic behavior of concrete moment frames was studied experimentally and numerically. Three geometrically identical plane frame models with two bays and two stories, where one frame model was reinforced with hot rolled bars (HRB) with a nominal yield strength of 335 MPa and the other two by high strength steel bars with a nominal yield strength of 600 MPa, were tested under simulated earthquake action considering different axial load ratios to investigate the hysteretic behavior, ductility, strength and stiffness degradation, energy dissipation and plastic deformation characteristics. Test results indicate that utilizing high strength reinforcement can improve the structural resilience, reduce residual deformation and achieve favorable distribution pattern of plastic hinges on beams and columns. The frame models reinforced with normal and high strength steel bars have comparable overall deformation capacity. Compared with the frame model subjected to a low axial load ratio, the ones under a higher axial load ratio exhibit more plump hysteretic loops. The proved reliable finite element analysis software DIANA was used for the numerical simulation of the tests. The analytical results agree well with the experimental results.
Chen, G.;Fukuyama, H.;Teshigawara, M.;Etoh, H.;Kusunoki, K.;Suwada, H.
Structural Engineering and Mechanics
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제26권4호
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pp.409-426
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2007
Following previous work carried out in Building Research Institute in Japan, finite element analyses of conceptual column designs are performed in this paper. The effectiveness of the numerical model is evaluated by experimental tests and parametric studies are conducted to determine influential factors in conceptual column designs. First, three different column designs are analysed: bonded, un-bonded, and un-bonded with additional reinforcing bars. The load-displacement curves and cracking patterns in concrete are obtained and compared with experimental ones. The comparisons indicate that the finite element model is able to reflect the experimental results closely. Both numerical and experimental results show that, the introduction of un-bonded zones in a column end can reduce cracking strains, accordingly reduce the stiffness and strength as well; the addition of extra reinforcement in the un-bonded zones can offset the losses of the stiffness and strength. To decide the proper length of the un-bonded zones and the sufficient amount of the additional reinforcing bars, parametric studies are carried out on their influences. It has been found that the stiffness of un-bonded designs slightly decreases with increasing the length of the un-bonded zones and increases with the size of the additional reinforcing bars.
Su, Junsheng;Dhakal, Rajesh Prasad;Wang, Junjie;Wang, Wenbiao
Earthquakes and Structures
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제12권2호
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pp.201-211
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2017
This paper experimentally investigates the effect of yield strength of reinforcing bars and stirrups on the seismic performance of reinforced concrete (RC) circular piers. Reversed cyclic loading tests of nine-large scale specimens with longitudinal and transverse reinforcement of different yield strengths (varying between HRB335, HRB500E and HRB600 rebars) were conducted. The test parameters include the yield strength and amount of longitudinal and transverse reinforcement. The results indicate that the adoption of high-strength steel (HSS) reinforcement HRB500E and HRB600 (to replace HRB335) as longitudinal bars without reducing the steel area (i.e., equal volume replacement) is found to increase the moment resistance (as expected) and the total deformation capacity while reducing the residual displacement, ductility and energy dissipation capacity to some extent. Higher strength stirrups enhance the ductility and energy dissipation capacity of RC bridge piers. While the product of steel yield strength and reinforcement ratio ($f_y{\rho}_s$) is kept constant (i.e., equal strength replacement), the piers with higher yield strength longitudinal bars are found to achieve as good seismic performance as when lower strength bars are used. When higher yield strength transverse reinforcement is to be used to maintain equal strength, reducing bar diameter is found to be a better approach than increasing the tie spacing.
Mirzaee, Mohammad Javad;Alaee, Farshid Jandaghi;Hajsadeghi, Mohammad;Zirakian, Tadeh
Structural Engineering and Mechanics
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제61권6호
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pp.693-700
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2017
Concrete cover cracking due to the corrosion of steel reinforcing bars is one of the main causes of deterioration in Reinforced Concrete (RC) structures. The oxidation level of the bars causes varying levels of expansion. The rebar expansions could lead to through-thickness cracking of the concrete cover, where depending on the cracking characteristics, the service life of the structures would be affected. In this paper, the effect of geometrical and material parameters, i.e., concrete cover thickness, reinforcing bar diameter, and concrete tensile strength, on the required pressure for concrete cover cracking due to corrosion has been investigated through detailed numerical simulations. ABAQUS finite element software is employed as a modeling platform where the concrete cracking is simulated by means of eXtended Finite Element Method (XFEM). The accuracy of the numerical simulations is verified by comparing the numerical results with experimental data obtained from the literature. Using a previously proposed empirical equation and the numerical model, the time from corrosion initiation to the cover cracking is predicted and then compared to the respective experimental data. Finally, a parametric study is undertaken to determine the optimum ratio of the rebar diameter to the reinforcing bars spacing in order to avoid concrete cover delamination.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제19권1E호
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pp.33-39
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2007
The magnitude and distribution of hydration heat of concrete structures are related to the thermal properties of each component of the concrete, the initial temperature, the type of formwork, and the ambient temperature of exposed surfaces. Even though the reinforcing steel bar has completely different thermal properties, it has been excluded in the thermal analysis of the concrete structures for uncertain reasons. In this study, finite element analysis was performed on the concrete structures reinforced with steel bars in order to investigate the effect of reinforcing steel bars on the temperature and stress distribution due to the heat of hydration. As the steel content increased, the maximum temperature and the difference in the internal-external temperature decreased by 32.5% and 10.0%, respectively. It is clearly shown that the consideration of the influence of reinforcing steel bars in the heat of hydration analysis is necessary to obtain realistic solutions for the prediction of the maximum temperature and stresses of concrete structures.
This study examined the double piked dismount among the landing techniques of parallel bars based on three-dimensional motion analysis. Four male national gymnasts were the subjects. This study was performed to provide quantitative data highlighting players strengths and weaknesses to enable more stable landing technique. The variables analyzed were the position and velocity of center of gravity(CG) and angles of shoulder joints, hip joints, and trunk. The results are as follows: S1 secured the height of flight with fast vertical rise. After the easy spin in the air, he conducted a stable landing maintaining a proper hip joints angle. S2, S3, and S4, however, began the backward somersault already before leaving the bars, so they moved backward greatly making it more difficult to achieve a higher flight path. As a result, they couldn't control the velocity of their backward movement at landing. For a stable landing, they have to maintain the negative shoulder angle when rising, minimize both antero-posterioror side-to-side movements by doing a strong tap using hip joints, to secure the height of flight before the somersault. Results also show that at the descent, they should conduct rapid spinning by increasing their shoulder and hip joints to the maximum while controlling their velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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