A detailed finite element modeling is presented for the simulation of the nonlinear behavior of reinforced concrete structures which manages to predict the nonlinear behavior of four different experimental setups with computational efficiency, robustness and accuracy. The proposed modeling method uses 8-node hexahedral isoparametric elements for the discretization of concrete. Steel rebars may have any orientation inside the solid concrete elements allowing the simulation of longitudinal as well as transverse reinforcement. Concrete cracking is treated with the smeared crack approach, while steel reinforcement is modeled with the natural beam-column flexibility-based element that takes into consideration shear and bending stiffness. The performance of the proposed modeling is demonstrated by comparing the numerical predictions with existing experimental and numerical results in the literature as well as with those of a commercial code. The results show that the proposed refined simulation predicts accurately the nonlinear inelastic behavior of reinforced concrete structures achieving numerical robustness and computational efficiency.
Bending behaviors of corroded reinforced concrete (RC) beams under repeated loading were investigated experimentally. A total of twenty test specimens, including four non-corrosion and sixteen corrosion reinforced concrete beams, were prepared and tested. A numerical model for flexural and cracking behaviors of the beam under repeated loading was also developed. Effects of steel corrosion on reinforced concrete beams regarding cracking, mid-span deflection, stiffness and bearing capacity of corroded beams were studied. The impact of corrosion on bond strength as the key factor was investigated to develop the computational model of flexural capacity. It was shown from the experimental results that the bond strength between reinforcement and concrete had increased for specimen of low corrosion levels, while this effect was changed when the corrosion level was higher. It was indicated that the bearing capacity of corrosion beam increased even at a corrosion level of about 5%.
CFRP composites are used as primary structural members in various industrial fields because their specific strength and specific stiffness are excellent in comparison to conventional metals. Their usage is expanding to high added-value industrial fields because they are more than 50% lighter than metals, and have excellent heat resistance and wear resistance. However, when CFRP composites suffer impact damage, destruction of fiber and interface delamination occur. This causes an unexpected deterioration of strength, and for this reason it is very difficult to ensure the reliability of the excellent mechanical properties. Therefore, for the destruction mechanism in bending with impact damage, this study investigated the reinforcement data regarding various external loads by identifying the consequential strength deterioration. Specimens were damaged by impact with a steel ball propelled by air pressure. Decrease in bending strength caused by the tension and compression of the impact side, and depending on the lamination direction of fiber and interface inside the specimen. From the bending test it was found that the bending strength reduced when the impact energy increased. Especially in the case of compression on the impact side, as tensile stress occurred at the damage starting point, causing rapid failure and a substantially reduced failure strength.
This paper investigates the flexural stiffness of simply supported steel-concrete composite I-beams under positive bending moment through combined experimental, numerical, and different standard methods. 14 composite beams are tested for experimental study and parameters including shear connection degree, transverse and longitudinal reinforcement ratios, loading way are also investigated. ABAQUS is employed to establish finite element (FE) models to simulate the flexural behavior of composite beams. The influences of a few key parameters, such as the shear connection degree, stud arrangement, stud diameter, beam length, loading way, on the flexural stiffness is also studied by parametric study. In addition, three widely used standard methods including GB, AISC, and British standards are used to estimate the flexural stiffness of the composite beams. The results are compared with the experimental and numerical results. The findings have provided comprehensive understanding of the flexural stiffness and the modelling of the composite beams. The results also indicate that GB 50017-2003 could provide better results in comparison to the other standards.
Park, Nam Hoi;Choi, Jin Yu;Yu, Chul Soo;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.1
s.44
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pp.17-28
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2000
The current specifications for bridge decks requires the same amount of upper and lower reinforcement mats. There have been many empirical activities that the partial elimination of upper reinforcing bars was not caused the structural integrity of a deck. A simplified method is derived based on thin plate theory for three and four-girder-span bridge decks. A simplified method for bridge deck considering the effect of girder deflection is proposed based on a closed-form solution that shows good agreement with the results of finite element models. In this research, a new design approach for deck slabs is proposed based on the simplified method. The negative bending moments in a deck can be evaluated with the simplified method based on the position of a wheel load, the aspect ratio and relative stiffness and the span length. This new approach can lead to a significant reduction of the quantity of the top reinforcing steel bars in a deck. Reducing the quantify of the top reinforcement not only reduces the construction costs for bridge decks, but also reduces the corrosion of reinforcement to a minimum.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.36
no.4
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pp.123-133
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2020
The purpose of this study is to analyze the method of retrofitting flexural strength and the flexural performance of retrofitted shear walls. There are various ways to reinforce the flexural strength of reinforced concrete shear wall structural systems that have already been built, in the case of that, the external force is increased, and the internal force is insufficient. However, there are various problems, such as excessive flexural stiffness after reinforcement and increasing the thickness and length of the wall. We have developed a retrofit method to solve these problems. The wall end is excavated to place the required vertical rebars, and concrete is poured after placing rebars. This is the same concept as creating wall end boundary elements later on. We also studied the anchorage method of reinforcement and the interaction method between the retrofitting end and the existing wall. The flexural test results for the reinforced concrete shear wall using the studied retrofit method can be predicted according to the sectional analysis and FEM analysis, and there are differences in the plastic hinge length, crack propagation, stiffness degradation and energy dissipation due to the bending depending on the vertical rebar ratio of wall end.
Kim, Sang-Hee;Hong, Geon-Ho;Park, Hong-Gun;Han, Kyoo-Beom;Kang, Thomas H.K.
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.4
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pp.447-455
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2013
In this study, reinforced concrete slabs with steps were experimentally studied to analyze their structural performance and to suggest reinforcing details in the step. Because the stepped slabs may behave very poorly in terms of bending strength, stiffness, deflection, cracking, etc., the study is aimed to suggest proper reinforcing details such that the same bending strength is obtained as that without steps. The bending strengths of 12 test specimens with a variety of different reinforcing detail types or other parameters were compared with each other. The specimen without any additional reinforcement in the step had a very low bending strength and significant damage, and the specimens with diagonal reinforcements in the step showed substantial early cracks, experienced hinging of the step, and had a substantial loss of the bending strength. In contrast, the specimens with a combination of U-bars, reversed U-bars, L-bars, and reversed L-bars performed very well and almost reached to 100% of the slab bending strength. The U-bars and reversed U-bars were effective in controling the diagonal cracks, while the L-bars and reversed L-bars were effective in preventing from yielding of slab reinforcement near the step.
Kim, Hae-Gon;Suh, Dong-Seok;Kim, Nam-Hong;Lee, Syeung-Youl
Proceedings of the KSR Conference
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2011.05a
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pp.162-166
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2011
In railway, Tie supports rail and plays a role that distribute train load to the ballast. Also, Tie and ballast resist against external force and fix the track position. But, weakening resistance of ballast and tie cause vertical displacement of tie and track irregularity. For reinforcement of track stiffness and reduction of track irregularity, KORAIL has developed Multi Branch type tie(GLORY Tie) that reinforced resistance than general PCT and installed in order to test in the field. This study measured and analyzed lateral resistance of ballast, wheel load of rail, bending strain of rail foot, vertical displacement and vibration acceleration of tie in order to evaluate performance of Multi Branch type tie in the field. According to the results of test, Multi Branch tie is excellent than general tie about lateral resistance of ballast and vertical displacement of tie. And, gap of measurement value between Multi Branch type tie and general tie about wheel load of rail, bending strain of rail foot were very small.
Son Choong-Yul;Kim Keon-Hoon;Shin Jong-Yeon;Lee Jung-Tak
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.575-582
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2005
Wind Turbines of big scale of modem stage are made of a part glass F.R.P. Carbon Reinforced Plastic and Kevlar can be used 0 reinforcement but those are not economical in big scale of Wind Turbines. In this study life sized 10kW-class Rotor Blade is made of F.R.P. which is high stiffness and good dynamic behavior characteristic for light weight. It is accomplished an experimental research of Bending analysis blade. Bending analysis blade are calculated with F.E. Analysis performed with commercial F.E.M program ANSYS. Finally, experimental research is compared with F.E. Analysis. The results indicate that experimental values have good agreements with the F.E. Analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.1
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pp.160-170
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2002
Many of aged and damaged concrete structure have been revitalized with composite reinforcement. Flexural behaviors of composite-patched concrete specimens are characterized by high-sensitivity moire interferometry. The three-mirror, four-beam interferometry system and a compact loading system are used for obtaining singe patterns representing whole-field contour maps of in-plane displacements. It is seen from the calibration test for the loading system that the measured bending displacement is in excellent agreement with the displacement calculated by the beam theory. The crack opening displacement as well as the bending and the horizontal displacement fur the notched and unnotched specimen are investigated. The results also show that the notched specimen reinforced by a composite sheet has sufficient stiffness and strength compared to the original concrete specimen.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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