Tamayo, Jorge Luis Palomino;Awruch, Armando Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.5
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pp.799-823
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2016
A finite element model for the non-linear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) containment shell of a nuclear power plant subjected to extreme loads such as impact and earthquake is presented in this work. The impact is modeled by using an uncoupled approach in which a load function is applied at the impact zone. The earthquake load is modeled by prescribing ground accelerations at the base of the structure. The nuclear containment is discretized spatially by using 20-node brick finite elements. The concrete in compression is modeled by using a modified $Dr{\ddot{u}}cker$-Prager elasto-plastic constitutive law where strain rate effects are considered. Cracking of concrete is modeled by using a smeared cracking approach where the tension-stiffening effect is included via a strain-softening rule. A model based on fracture mechanics, using the concept of constant fracture energy release, is used to relate the strain softening effect to the element size in order to guaranty mesh independency in the numerical prediction. The reinforcing bars are represented by incorporated membrane elements with a von Mises elasto-plastic law. Two benchmarks are used to verify the numerical implementation of the present model. Results are presented graphically in terms of displacement histories and cracking patterns. Finally, the influence of the shear transfer model used for cracked concrete as well as the effect due to a base slab incorporation in the numerical modeling are analyzed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.2
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pp.157-165
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2002
Nonlinear analysis of the reinforced concrete beam subjected to torsion is presented. Seventeen equations involving seventeen variables are derived from the equilibrium equation, compatibility equation, and the material constitutive laws to solve the torsion problem. Newton method was used to solve the nonlinear simultaneous equations and efficient algorithms are proposed. Present model covers the behavior of reinforced concrete beam under pure torsion from service load range to ultimate stage. Tensile resistance of concrete after cracking is appropriately considered. The softened concrete truss model and the average stress-strain relations of concrete and steel are used. To verify the validity of present model, the nominal torsional moment strengths according to ACI-99 code and the ultimate torsional moment by present model are compared to experimental torsional strengths of 55 test specimens found in literature. The ultimate torsional moment strengths by the present model show good results.
Responding to the threat of terrorist attacks around the world, numerous studies have been conducted to search for new methods of vulnerability assessment and protective technologies for critical infrastructure under extreme bomb blasts or high velocity impacts. In this paper, a two-dimensional behavioral rate dependent lattice model (RDLM) capable of analyzing reinforced concrete members subjected to blast and impact loading is presented. The model inherently takes into account several major influencing factors: the progressive cracking of concrete in tension, the inelastic response in compression, the yielding of reinforcing steel, and strain rate sensitivity of both concrete and steel. A computer code using the explicit algorithm was developed based on the proposed lattice model. The explicit code along with the proposed numerical model was validated using experimental test results from the Woomera blast trial.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.105-110
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2002
This paper proposes an analytical method to predict the behavior of reinforced concrete beams subjected to reversed cyclic loading. The proposed method is based on the compatibility aided truss model and adopts the stress vs. strain curve of concrete which considers the softening effects. This model Is verified by comparing to the six reinforced concrete panel tests.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2015.05a
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pp.59-60
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2015
In this study, stress-strain, thermal expansion strain, total strain and high temperature creep strain of ultra-high-strength concrete with compressive strengths of 80, 130, and 180MPa were experimentally evaluated considering elevated temperature and loading condition. Also, transient creep strain has been calculated by using the results of experiment. Experimental coefficient K was proposed with application of non-steady state creep model. It is considered that the experimental results of this study could be baseline data for deformation behavior analysis of ultra-high-strength concrete.
The capability of a multi-directional fixed smeared crack constitutive model to simulate the flexural/punching failure modes of fiber reinforced concrete (FRC) laminar structures is discussed. The constitutive model is implemented in a computer program based on the finite element method, where the FRC laminar structures were simulated according to the Reissner-Mindlin shell theory. The shell is discretized into layers for the simulation of the membrane, bending and out-of-plane shear nonlinear behavior. A stress-strain softening diagram is proposed to reproduce, after crack initiation, the evolution of the normal crack component. The in-plane shear crack component is obtained using the concept of shear retention factor, defined by a crack-strain dependent law. To capture the punching failure mode, a softening diagram is proposed to simulate the decrease of the out-of-plane shear stress components with the increase of the corresponding shear strain components, after crack initiation. With this relatively simple approach, accurate predictions of the behavior of FRC structures failing in bending and in shear can be obtained. To assess the predictive performance of the model, a punching experimental test of a module of a façade panel fabricated with steel fiber reinforced self-compacting concrete is numerically simulated. The influence of some parameters defining the softening diagrams is discussed.
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.
In recent years, CFRP material usage in strengthening applications gradually became widespread. Especially, the studies on the strengthening of shear deficient reinforced concrete beams with CFRP strips are chosen as a subject to numerous experimental studies and research on this subject are increased rapidly. The most important variable, that is affected on the failure mode of CFRP strips and that is needed for determining the shear capacity of the strengthened reinforced concrete beams, is the strain distribution between CFRP strips and concrete. Numerous experimental studies are encountered in the literature about the determination of strain distribution between CFRP strips and concrete. However, these studies mainly focused on the CFRP strips under axial tension. There are very limited numbers of experimental and analytic studies examining the strain distribution between concrete and CFRP strips, which are under combined stresses due to the effects of shear force and bending moment. For this reason, existing experimental study in the literature is used as model for ANSYS finite element software. Nonlinear finite element analysis of RC beams strengthened against shear with CFRP strips under reverse cyclic loading is performed. The strain distributions between CFRP strips and concrete that is obtained from finite element analysis are compared with the results of experimental measurements. It is seen that the experimental results are consisted with the results derived from the finite element analysis and important findings on the strain distribution profile are reached by obtaining strain values of many points using finite element method.
Nam Jin Won;Song Ha Won;Byun Keun Joo;Bang Choon Suk
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.462-465
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2004
Since quasi-brittle materials like concrete show strain localization behavior accompanied by strain softening, a numerical drawback such as mesh sensitivity is appeared in the finite element analysis. In this paper, the so-called homogenized crack model which was introduced for three dimensional finite element analysis of fracture in concrete is studied for the mesh size dependence problem in fracture analysis. A homogenized crack element having a velocity discontinuity. is averaged to remove the mesh sensitivity in finite element analysis of concrete fracture. Numerical examples show that softening behavior of concrete fracture is successfully predicted without mesh sensitivity using the homogenized crack model.
The strain localization of concrete is a phenomenon such that the deformation of concrete is localized in finite region along with softening behavior. The objective of this paper is to develop a plasticity and damage algorithm for the finite element analysis of the strain-localization in concrete. In this paper, concrete member under strain localization is modeled with localized zone and non-localized zone. For modeling of the localized zone in concrete under strain localization, a general Drucker-Prager failure criterion by which the nonlinear strain softening behavior of concrete after peak-stress can be considered is introduced in a thermodynamic formulation of the classical plasticity model. The return-mapping algorithm is used for the integration of the elasto-plastic rate equation and the consistent tangent modulus is also derived. For the modeling of non-localized zone in concrete under strain localization, a consistent nonlinear elastic-damage algorithm is developed by modifying the free energy in thermodynamics. Using finite element program implemented with the developed algorithm, strain localization behaviors for concrete specimens under compression are simulated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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