A theoretical model for shear strength evaluation of fibrous concrete beams reinforced with stirrups is proposed. The formulation is founded on the theory of plasticity and the stress field concepts, generalizing a known plastic model for calculating the bearing capacity of reinforced concrete beams, to the case of fibrous concrete. The beneficial effect of steel fibres is estimated taking into account the residual tensile strength of fibrous concrete, by modifying an analytical constitutive law which presents a plastic plateau as a post-peak branch. Around fifty results of experimental tests carried out on steel fibrous concrete beams available in the literature were collected, and a comparison of shear strength estimation provided by other semi-empirical models is performed, proving that the numerical values obtained with the proposed model are in very good agreement with the experimental results.
Topology optimization of steel and concrete composite based on truss-like material model is studied in this paper. First, the initial design domain is filled with concrete, and the steel is distributed in it. The problem of topology optimization is to minimize the volume of steel material and solved by full stress method. Then the optimized steel and concrete composite truss-like continuum is obtained. Finally, the distribution of steel material is determined based on the optimized truss-like continuum. Several numerical results indicate the numerical instability and rough boundary are settled. And more details of manufacture and construction can be presented based on the truss-like material model. Hence, the truss-like material model of steel and concrete is efficient to establish the distribution of steel material in concrete.
Long-term properties of concrete affect structures in many respects, not excepting dynamic behaviors. This paper investigates the influence of concrete creep on the dynamic behaviors of concrete filled steel tube (CFT) arch bridges, by means of combining the analytical method for the creep of axially compressed CFT members, which is based on Model B3 for concrete creep, with the finite element model of CFT arch bridges. By this approach, the changes of the stress and strain of each element in the bridge with time can be obtained and then transformed into damping and stiffness matrices in the dynamic equation involved in the finite element model at different times. A numerical example of a long-span half-through CFT arch bridge shows that creep influences the natural vibration characteristics and seismic responses of the bridge considerably, especially in the early age. In addition, parameter analysis demonstrates that concrete composition, compressive strength and steel ratio have an obvious effect on the seismic response of the CFT arch bridge.
The effects of three mechanisms, calcium depletion, sulphate and carbonate penetration, on the concrete degradation have been studied. The shrinking core model (SCM) and the HYDROGEOC. HEM (HGC) model have been applied to evaluate how fast the mechanisms proceed. The SCM is an analytical approximation model and the HGC is a numerical mass transport model coupled with chemical reaction. The SCM leads to more conservative results than the HGC, and turns out to be very useful in the viewpoint of simplicity and conservatism. During 300 years, calcium has been depleted within 10 cm from the concrete outer surface, and sulphate has penetrated less than 13.5 cm into the concrete. Carbonate has not penetrated own 7 cm into the concrete in contact with the bentonite, and, furthermore, its penetration into the concrete with the groundwater is negligible. Conclusively, the concrete is expected to maintain its integrity for at least 300 years that are regarded as institutional control period of intermediate and low-level radioactive waste repository.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.155-158
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2005
Damage and fracture of concrete is characterized as the degradation of strength and stiffness. There can be modeled as the so-called homogenized crack model which can overcome the mesh sensitivity. But the plasticity and damage modeling for damage behavior before the fracture of concrete should be combined with the crack model. In this study, a damage function and an unified hardening-softening function are applied to the homogenized crack model to develope a 3-dimensional FEM program for nonlinear damage and fracture analysis of concrete. The comparison of numerical results and experimental data show that the combined modeling in this study can simulate the damage and fracture of concrete without the mesh-sensitivity. It is also shown that the behavior of the so-called Engineering Cementitious Composite(ECC) characterized by strain-hardening and multiple cracks can be well simulated using the modeling.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2014.11a
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pp.26-27
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2014
Study on high temperature properties of concrete and internal force estimation of structural member subjected to high temperature mainly applied high temperature strength model based on experimental results with concrete under 40MPa. However, it is reported that degradation of internal force at high temperature and spalling of ultra high strength concrete are higher than that of normal strength concrete. Therefore, this study attempts to propose compressive strength degradation model which is suitable to ultra high strength concrete comparing to existing model by evaluating high temperature properties of ultra high strength concrete.
Javidan, Fatemeh;Shahbeyk, Sharif;Safarnejad, Mohammad
Computers and Concrete
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v.13
no.4
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pp.437-456
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2014
This work incorporates newly introduced Lattice Discrete Particle Model (LDPM) to assess the failure mechanism and strength of hollow concrete blocks. Alongside, a method for the graphical representation of cracked surfaces in the LDPM is outlined. A slightly modified calibration procedure is also suggested and used to estimate required model parameters for a tested concrete sample. Next, the model is verified for a compressively loaded hollow block made of the very same concrete. Finally, four geometries commonly used in the production of hollow concrete blocks are selected, numerically simulated, and their failure properties are explored under concentric and eccentric compressions.
Evolutionary algorithms based on conventional statistical methods such as regression and classification have been widely used in data mining applications. This work involves application of gene expression programming (GEP) for predicting compressive strength of fly ash geopolymer concrete, which is gaining increasing interest as an environmentally friendly alternative of Portland cement concrete. Based on 56 test results from the existing literature, a model was obtained relating the compressive strength of fly ash geopolymer concrete with the significantly influencing mix design parameters. The predictions of the model in training and validation were evaluated. The coefficient of determination ($R^2$), mean (${\mu}$) and standard deviation (${\sigma}$) were 0.89, 1.0 and 0.12 respectively, for the training set, and 0.89, 0.99 and 0.13 respectively, for the validation set. The error of prediction by the model was also evaluated and found to be very low. This indicates that the predictions of GEP model are in close agreement with the experimental results suggesting this as a promising method for compressive strength prediction of fly ash geopolymer concrete.
A 3D nonlinear finite element computation model is presented in order to analyze the concrete filled rectangular tubular (CFRT) composite structures. The concrete material model is based on a hypo-elastic orthotropic approach while the elasto-plastic hardening model is employed for steel element. The comparisons between experimental and analytical results show that the proposed model is a relatively simple and effective one. The analytical results show that the capacity of inner concrete of CFRT column mainly depends on the two diagonal zones, and the confining effect of CFRT section is mainly concentrated on the corner zones. At the ultimate state, the side concrete along the section cracks seriously, and the corner concrete softens with the increase of compressive strains until failure.
This study proposed a new and efficient 2D damage-plasticity model within the framework of Isogeometric analysis (IGA) for the geometrically nonlinear damage analysis of concrete. Since concrete exhibits complicated material properties, two internal variables are introduced to measure the hardening/softening behavior of concrete in tension and compression, and an implicit gradient-enhanced formulation is adopted to restore the well-posedness of the boundary value problem. The numerical results calculated by the model is compared with the experimental data of three benchmark problems of plain concrete (three-point and four-point bending single-notched beams and four-point bending double-notched beam) to illustrate the geometrical flexibility, accuracy, and robustness of the proposed approach. In addition, the influence of the characteristic length on the numerical results of each problem is investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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