To ensure durability and light weight of bridges, high-strength concrete is required for long-span deck slabs. Such a technology eventually extends the life of bridges and improves the economic efficiency. The results of this study suggests a formula for calculating the minimum thickness of long-span deck slabs built with high strength concrete. The minimum thickness is proposed based on the limit states indicated in the CEB-FIP Model Code and the Korean Highway Bridge Design Code(limit state design). The design compressive strength of concrete used for the study is 80MPa. Moreover, the required thickness for satisfying the flexural capacity and limiting deflection is estimated considering the limit state load combination. The formula for minimum thickness of deck slabs is proposed considering the ultimate limit state(ULS) and the serviceability limit state(SLS) of bridges, and by comparing the Korean Highway Bridge Design Code and similar previous studies. According to the research finding, the minimum thickness of long-span deck slab is more influenced by deflection limit than flexural capacity.
Realistic prediction of concrete creep is of crucial importance for durability and long-term serviceability of concrete structures. To date, research about the behaviour of self-compacting concrete (SCC) members, especially concerning the long-term performance, is rather limited. SCC is quite different from conventional concrete (CC) in mixture proportions and applied materials, particularly in the presence of aggregate which is limited. Hence, the realistic prediction of creep strains in SCC is an important requirement for the design process of this type of concrete structures. This study reviews the accuracy of the conventional concrete (CC) creep prediction models proposed by the international codes of practice, including: CEB-FIP (1990), ACI 209R (1997), Eurocode 2 (2001), JSCE (2002), AASHTO (2004), AASHTO (2007), AS 3600 (2009). Also, SCC creep prediction models proposed by Poppe and De Schutter (2005), Larson (2007) and Cordoba (2007) are reviewed. Further, new creep prediction model based on the comprehensive analysis on both of the available models i.e. the CC and the SCC is proposed. The predicted creep strains are compared with the actual measured creep strains in 55 mixtures of SCC and 16 mixtures of CC.
In the prestressed concrete structures, stresses are gradually redistributed with time due to the creep and shrinkage of concrete and the stress relaxation of prestressed steel. In this study a numerical procedure and computer program is developed to analyze the behavior of prestressed concrete structures considering the time-dependent properties of material. It accounts for the aging, creep and shrinkage of concrete and the stress relaxation of prestressed steel. The structural model uses two dimensional plane frame elements with three nodal degree of freedom and is analyzed based on the finite element method. Member cross section can consist of concrete, reinforcement and prestressing steel. Two different set of equations for the prediction of time-dependent material properties of concrete are presented, which are ACI, CEB-FIP. Analytical studies for different examples of prestressed concrete structures have been performed to demonstrated the capabilities and practical applicabilities of the developed program.
Self-compacting concrete (SCC) can be placed and compacted under its own weight with little or no compaction. It is cohesive enough to be handled without segregation or bleeding. Modifications in the mix design of SCC may significantly influence the material's mechanical properties. Therefore, it is vital to investigate whether all the assumed hypotheses about conventional concrete (CC) are also valid for SCC structures. The aim in this paper is to develop analytical models for flexural cracking that describe in appropriate detail the observed cracking behaviour of the reinforced concrete flexural one way slabs tested. The crack width and crack spacing calculation procedures outlined in five international codes, namely Eurocode 2 (1991), CEB-FIP (1990), ACI318-99 (1999), Eurocode 2 (2004), and fib-Model Code (2010), are presented and crack widths and crack spacing are accordingly calculated. Then, the results are compared with the proposed analytical models and the measured experimental values, and discussed in detail.
Predictions about shrinkage and creep of concrete are very important for evaluating time-dependent effects on structural performance. Some prediction models and formulas of concrete shrinkage and creep have been proposed with diversity. However, the influence of reinforcement ratio on shrinkage and creep of concrete has been ignored in most prediction models and formulas. In this paper, the concrete shrinkage and creep with different ratios of reinforcement were studied. Firstly, the shrinkage performance was tested by the 10 reinforced concrete beams specimens with different reinforcement ratios for 200 days. Meanwhile, the creep performance was tested by the 5 reinforced concrete beams specimens with different ratios of reinforcement under sustained load for 200 days. Then, the test results were compared with the prediction models and formulas of CEB-FIP 90, ACI 209, GL 2000 and JTG D 62-2004. At last, based on ACI 209, an improved prediction models and formulas of concrete shrinkage and creep considering reinforcement ratio was derived. The results from improved prediction models and formulas of concrete shrinkage and creep are in good agreement with the experimental results.
본 논문은 유변학을 이용한 합리적인 크리프 예측 모델의 개발을 목표로 한다. 유변학은 응력에 의해 물질에 변형이 유발되었을 때, 변형과 응력 사이의 관계를 규명하는 학문으로 콘크리트와 같은 다공성의 점탄성 구조체의 변형 규명에 효과적이다. 본 논문에서 제안된 모델은 시간 의존성 여부와 발생 메커니즘에 따라 탄성거동, 장기크리프, 시간 의존적 단기크리프 그리고 시간 독립적 단기크리프로 나뉘며, 이와 같은 현상의 분류는 실제 실험값의 시간 경과에 따른 변형 양상을 근거로 한 것이다. 각 부분의 계수 추정 과정에서는 이론(미세프리스트레스 고체화 이론, Microprestress-solidification theory) 및 설계기준(CEB-FIP MC R99)을 최대한 활용하여 모델의 합리성의 높일 수 있도록 하였으며, 부득이하게 이론적 접근이 어려운 경우에는 제한적으로 수치적 접근을 시도하였다. 끝으로 수립된 모델을 실제 실험 데이터에 적용한 결과를 기존의 기준식 및 이론식의 적용 결과와 비교 평가 하였다.
Yeghnem, Redha;Guerroudj, Hicham Zakaria;Amar, Lemya Hanifi Hachemi;Meftah, Sid Ahmed;Benyoucef, Samir;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, El Abbas Adda
Computers and Concrete
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제19권5호
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pp.579-588
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2017
Creep and shrinkage are the main types of volume change with time in concrete. These changes cause deflection, cracking and stresses that affect durability, serviceability, long-term reliability and structural integrity of civil engineering infrastructure. Although laboratory test may be undertaken to determine the deformation properties of concrete, these are time-consuming, often expensive and generally not a practical option. Therefore, relatively simple empirically design code models are relied to predict the creep strain. This paper reviews the accuracy of creep and shrinkage predictions of reinforced concrete (RC) shear walls structures strengthened with carbon fibre reinforced polymer (CFRP) plates, which is characterized by a widthwise varying fibre volume fraction. This review is yielded by three commonly used international "code type" models. The assessed are the: CEB-FIP MC 90 model, ACI 209 model and Bazant & Baweja (B3) model. The time-dependent behavior was investigated to analyze their seismic behavior. In the numerical formulation, the adherents and the adhesives are all modelled as shear wall elements, using the mixed finite element method. Several tests were used to demonstrate the accuracy and effectiveness of the proposed method. Numerical results from the present analysis are presented to illustrate the significance of the time-dependency of the lateral displacements and eigenfrequencies modes.
Dias, Maiga M.;Tamayo, Jorge L.P.;Morsch, Inacio B.;Awruch, Armando M.
Computers and Concrete
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제15권4호
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pp.687-707
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2015
A finite element computer code for short-term analysis of steel-concrete composite structures is extended to study long-term effects under service loads, in the present work. Long-term effects are important in engineering design because they influence stress and strain distribution of the structural system and therefore contribute to the increment of deflections in these structures. For creep analysis, a rheological model based on a Kelvin chain, with elements placed in series, was employed. The parameters of the Kelvin chain were obtained using Dirichlet series. Creep and shrinkage models, proposed by the CEB FIP 90, were used. The shear-lag phenomenon that takes place at the concrete slab is usually neglected or not properly taken into account in the formulation of beam-column finite elements. Therefore, in this work, a three-dimensional numerical model based on the assemblage of shell finite elements for representing the steel beam and the concrete slab is used. Stud shear connectors are represented for special beam-column elements to simulate the partial interaction at the slab-beam interface. The two-dimensional representation of the concrete slab permits to capture the non-uniform shear stress distribution in the horizontal plane of the slab due to shear-lag phenomenon. The model is validated with experimental results of two full-scale continuous composite beams previously studied by other authors. Results are given in terms of displacements, bending moments and cracking patterns in order to shown the influence of long-term effects in the structural response and also the potentiality of the present numerical code.
Kim, Jeong-Eun;Park, Wan-Shin;Jang, Young-Il;Kim, Sun-Woo;Kim, Sun-Woong;Nam, Yi-Hyun;Kim, Do-Gyeum;Rokugo, Keitetsu
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권sup3호
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pp.97-108
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2016
When the energy performance of concrete is substantially higher than that of normal type concrete, such concrete is regarded as energy efficient concrete (WBSCSD 2009). An experimental study was conducted to investigate mechanical properties of energy efficient concrete with binary, ternary and quaternary admixture at different curing ages. Slump test for workability and air content test were performed on fresh concretes. Compressive strength, splitting tensile strength were made on hardened concrete specimens. The mechanical properties of concrete were compared with predicted values by ACI 363R-84 Code, NZS 3101-95 Code, CSA A23.3-94 Code, CEB-FIP Model, EN 1991, EC 2-02, AIJ Code, JSCE Code, and KCI Code. The use of silica fume increased the compressive strengths, splitting tensile strengths, modulus of elasticities and Poisson's ratios. On the other hand, the compressive strength and splitting tensile strength decreased with increasing fly ash.
콘크리트의 크리프와 건조수축은 재료 자체의 변동성과 모델의 불확실성 때문에 매우 복잡한 현상이다. 콘크리트 구조물의 장기거동을 예측할 수 있는 크리프와 건조수축 모델은 여러 가지 환경요인을 고려한 설계기준(Design Code)으로부터 얻을 수 있다. 하지만 같은 환경하에서 설계기준으로부터 구한 모델은 각기 다르기도 하다. 실제 콘크리트의 특성을 구하기 위해 장기간 실험을 통하기도 하지만 이는 실제 건설 현장에서는 쉬운 일이 아니고 이 또한 실구조물에서 다를 수 있다. 설계과정에서의 가정한 물성과 실제 물성의 차이가 있다면, 실제 구조물의 장기 거동을 정확히 예측하지 못하게 된다. 따라서 시공중이나 공용중 시간거동 예측을 정확히 하기 위해서는 실제 교량에서 시간의존거동에 미치는 요소 중 크리프 특성이 적절하게 주어졌는지에 대한 검토가 필요하다. 본 논문에서는 교량의 시간에 따른 거동을 측정한 자료가 주어졌을 때크 리프 민감도 해석을 수행하여 콘크리트의 크리프 계수를 예측하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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