This research paper aims at computer based modeling of carbonation induced corrosion under extreme conditions and its experimental verification by incorporating enhanced electrochemical and mass balance equations based on thermo-hygro physics with strong coupling of mass transport and equilibrium in micro-pore structure of carbonated concrete for which the previous research data is limited. In this paper the carbonation induced electrochemical corrosion model is developed and coupled with carbon dioxide transport computational model by the use of a concrete durability computer based model DuCOM developed by our research group at concrete laboratory in the University of Tokyo and its reliability is checked in the light of experiment results of carbonation induced corrosion mass loss obtained in this research. The comparison of model analysis and experiment results shows a fair agreement. The carbonation induced corrosion model computation reasonably predicts the quantitative behavior of corrosion rate for normal air dry relative humidity conditions. The computational model developed also shows fair qualitative corrosion rate simulation and analysis for various pH levels and coupled environmental actions of chloride and carbonation. Detailed verification of the model for the quantitative carbonation induced corrosion rate computation under varying relative conditions, different pH levels and combined effects of carbonation and chloride attack remain as scope for future research.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.391-396
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2003
The concrete corbels consist of various failure mechanisms such as the yielding of the tension reinforcement, the crushing or splitting from compression concrete struts, and localized bearing or shearing failure under the loading plate. However, predicting those failure mechanisms is very difficult. In this study, the ACI 318-02, the softened strut-tie model approach, and the nonlinear strut-tie model approach are applied to ultimate strength analysis of normal strength concrete corbels tested to failure. From the result of the analysis, an effective analysis and design method of normal strength concrete corbels is suggested.
Choi, Ki-Bong;Jin, Nan Ji;Lee, Youn-Su;Yeon, Kyu-Seok
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.59
no.6
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pp.19-27
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2017
This study investigated to predict the compressive strength of unsaturated polyester resin based polymer concrete using the maturity method. The test results show that the development of the compressive strength increased exponentially until an age of 24 hours. After 24 hours, the development of the compressive strength just increased gradually. This test result shows that the strength of unsaturated polyester resin based polymer concrete was developed mainly at the early age. Estimated datum temperature of unsaturated polyester resin based polymer concrete was $-20.67^{\circ}C$ which was much lower than of datum temperature ($-10^{\circ}C$) of Portland cement concrete. Also, this study result shows that the existing maturity index associated with Portland cement concrete was not applicable for polymer concrete because curing time of Portland cement concrete is different clearly with curing time of polymer concrete. The cause of different curing time was that there were different curing mechanisms between Portland cement concrete and polymer concrete. In order to best apply the experimental data to a model, CurveExpert Professional, the commercial software, was used to determine the predictive model regarding the compressive strength of unsaturated polyester resin based polymer concrete. As a result, Gompertz Relation or Weibull Model was an appropriate model as a predictive model. The proposed model can be used to predict the compressive strength, especially, it is more useful when the maturity is in the range between $40^{\circ}C{\cdot}h^{0.4}$ and $900^{\circ}C{\cdot}h^{0.4}$.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.2
no.2
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pp.71-81
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2008
A macroscopic finite element model is applied to investigate the effect of fire induced spalling on the response of reinforced concrete (RC) beams. Spalling is accounted for in the model through pore pressure calculations in concrete. The principles of mechanics and thermodynamics are applied to compute the temperature induced pore pressure in the concrete structures as a function of fire exposure time. The computed pore pressure is checked against the temperature dependent tensile strength of concrete to determine the extent of spalling. Using the model, case studies are conducted to investigate the influence of concrete permeability, fire scenario and axial restraint on the fire induced spalling and also on the response of RC beams. Results from the analysis indicate that the fire induced spalling, fire scenario, and axial restraint have significant influence on the fire response of RC beams. It is also shown that concrete permeability has substantial effect on the fire induced spalling and thus on the fire response of concrete beams. The fire resistance of high strength concrete beams can be lower that that of normal strength concrete beams due to fire induced spalling resulting from low permeability in high strength concrete.
The purpose of this study was to provide fundamental data for an anchor collision simulation of an FCM (flexible concrete mattress). Numerical material models (elastic-perfectly plastic model, Drucker-Prager model, and RHT concrete model) were compared. ANSYS Explicit Dynamics was used for collision analyses. An FE model was used for the anchor, FCM, andreinforcement bars. The results showed that the behavior of the FCM was verydifferent that those ofthe material models. In particular, the effect of the pressure dependent strength was most noticeable among the properties of concrete.
A theoretical model known as the modified rotating-angle softened-truss model (MRA-STM), which is a modification of Rotating-Angle Softened-Truss Model and Modified Compression Field Theory, is presented for the analysis of reinforced concrete membranes in shear. As an application, shear strength and behaviour of reinforced concrete exterior beam-column joints are analysed using the MRA-STM combining with the deep beam analogy. The joints are considered as RC panels and subjected to vertical and horizontal shear stresses from adjacent columns and beams. The strut and truss actions in a beam-column joint are represented by the effective transverse compression stresses and a softened concrete truss in the proposed model. The theoretical predictions of shear strength of reinforced concrete exterior beam-column joints from the proposed model show good agreement with the experimental results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1995.10a
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pp.193-197
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1995
Computer-based methods have often been used in the structural analysis. But, regardless of the progress in the technique of structural analysis, there are inevitable limitations in consideration of the material and eometric nonlinearity and prediction of failure loads. Model analysis of concrete structure can supplement this kind of limitations to reasonably predict behavior of the structure. Similitude requirement in the reinforced concrete structure is often hard to be secured because of peculiar uncertainty of concrete. In this study, small scale model of subway box structure was constructed using strength model and results of model of subway box structure was constructed using strength model and results of model test and computer-based analysis were compared.
An experimental system on three point bending notched beams was established to study the fracture process of concrete. In this system, the acoustic emission (AE) was used to build the cumulative generation order (AGO) and dynamically track the process of microcrack evolution in concrete. A grey-cusp catastrophe model was built based on AE parameters. The results show that the concrete beams have significant catastrophe characteristic. The developed grey-cusp catastrophe model, based on AGO, can well describe the catastrophe characteristic of concrete fracture process. This study also provides a theoretical and technical support for the application of AE in concrete fracture prediction.
Ghatefar, Amir;ElSalakawy, Ehab;Bassuoni, Mohamed T.
Computers and Concrete
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v.20
no.2
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pp.215-227
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2017
A finite element model (FEM) for predicting early-age behavior of reinforced concrete (RC) bridge deck slabs with fiber-reinforced polymer (FRP) bars is presented. In this model, the shrinkage profile of concrete accounted for the effect of surrounding conditions including air flow. The results of the model were verified against the experimental test results, published by the authors. The model was verified for cracking pattern, crack width and spacing, and reinforcement strains in the vicinity of the crack using different types and ratios of longitudinal reinforcement. The FEM was able to predict the experimental results within 6 to 10% error. The verified model was utilized to conduct a parametric study investigating the effect of four key parameters including reinforcement spacing, concrete cover, FRP bar type, and concrete compressive strength on the behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to restrained shrinkage at early-age. It is concluded that a reinforcement ratio of 0.45% carbon FRP (CFRP) can control the early-age crack width and reinforcement strain in CFRP-RC members subjected to restrained shrinkage. Also, the results indicate that changing the bond-slippage characteristics (sand-coated and ribbed bars) or concrete cover had an insignificant effect on the early-age crack behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to shrinkage. However, reducing bar spacing and concrete strength resulted in a decrease in crack width and reinforcement strain.
The paper concerns concrete carbonation, the phenomena that occurs in every type of climate, especially in urban-industrial areas. In European Standards, including Eurocode (EC) for concrete structures the demanded durability of construction located in the conditions of the carbonation threat is mainly assured by the selection of suitable thickness of reinforcement cover. According to EC0 and EC2, the thickness of the cover in the particular class of exposure depends on the structural class/category and concrete compressive strength class which is determined by cement content and water-cement ratio (thus the quantitative composition) but it is not differentiated for various cements, nor additives (i.e., qualitative composition), nor technological types of concrete. As a consequence the selected thickness of concrete cover is in fact a far estimation - sometimes too exaggerated (too safe or too risky). The paper presents the elaborated "self-terminated carbonation model" that includes abovementioned factors and enables to indicate the maximal possible depth of carbonation. This is possible because presented model is a hyperbolic function of carbonation depth in time (the other models published in the literature use the parabolic function that theoretically assume the infinite increase of carbonation depth value). The paper discusses the presented model in comparison to other models published in the literature, moreover it contains the algorithm of concrete cover design with use of the model as well as an example of calculation of the cover thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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