Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.5
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pp.45-51
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2002
The characteristics of nonlinear seismic behavior and failure mechanism of RC space frame in railroad viaducts have been studied by the numerical analysis in time domain. The structure concerned is modeled in 3 dimensional extent and the RC frame elements consisting of fibers are employed for the columns. The fibers are characterized as RC zone and PC one to distinguish the different energy release after cracking resulted from the bond characteristic between concrete and re-bar. Due to the deviation of the mass center and the stiffness center of the entire structure the complex behavior is shown under seismic actions. The excessive shear force is concentrated on the column beside flexible one relatively, which leads to the failure of bridge concerned.
Concrete tunnel lining must be designed to having the fireproof performance because the lining are sometimes exposed to very high temperature due to traffic accident. Such fire temperature may cause explosion of concrete, or collapse of tunnel structure. The purpose of this study is to obtain the fundamental fireproof behavior of fire resistance-engineered cementitious composites(FR-ECC) under fire temperature in order to use the fire protection material in tunnel lining system. The present study conducted the experiment to simulate fire temperature by employing 2 types of FR-ECC and investigated experimentally the explosion and cracks in heated surface of these FR-ECC. Employed temperature curve were hydro carbon(HC, ECl) criterion, which are severe in various criterion of fire temperature. The numerical analysis is carried out the nonlinear transient heat flow analysis and verified against the experimental data. The complex features of behavior in fire conditions, such as thermal expansion, plasticity, cracking or crushing, and material properties changing with temperature are considered. By the use of analytical model, the concrete tunnel subjected to fire loads were analyzed and discussed. With comparison of current concrete materials and FR-ECC, the experimental and analytical results of FR-ECC shows the better fire resistance performance than the other.
Connections play a significant role in strength of structures against earthquake-induced loads. According to the post-seismic reports, connection failure is a cause of overall failure in reinforced concrete (RC) structures. Connection failure results in a sudden increase in inter-story drift, followed by early and progressive failure across the entire structure. This article investigated the cyclic performance and behavioral improvement of shape-memory alloy-based connections (SMA-based connections). The novelty of the present work is focused on the effect of shape memory alloy bars is damage reduction, strain recoverability, and cracking distribution of the stated material in RC moment frames under seismic loads using 3D nonlinear static analyses. The present numerical study was verified using two experimental connections. Then, the performance of connections was studied using 14 models with different reinforcement details on a scale of 3:4. The response parameters under study included moment-rotation, secant stiffness, energy dissipation, strain of bar, and moment-curvature of the connection. The connections were simulated using LS-DYNA environment. The models with longitudinal SMA-based bars, as the main bars, could eliminate residual plastic rotations and thus reduce the demand for post-earthquake structural repairs. The flag-shaped stress-strain curve of SMA-based materials resulted in a very slight residual drift in such connections.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.1061-1064
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2008
Shear connectors have a finite slip capacity because of the mechanism by which they transfer the shear between UHPFRC and NC elements. At high degree of shear connection, non-linear analysis techniques are required to allow for compressive plasticity and tensile cracking behaviour of the elements. As with all non-linear problems, a closed form solution is difficult to find. A Modified Shooting Method Technique is developed here for non-linear analysis of UHPFRC/concrete composite. The initial effective moment is derived according to the prestressing force. The composite structure is divided into small segments which length is much less than the length of the structure and it can be assumed that the forces and displacements within each segment are constant. An equivalent analysis in composite girders would be to fix the slip strain in each segment and develop a moment curvature relationship for this slip strain in each segment. Additive forces and moment analysis on each section of the segments are analyzed by MSMT. Finally the ultimate slippage of the interface can be evaluated by the MSMT model. This paper presents a nonlinear analysis method for limited slip capacity of UHPFRC-NC interface.
Filling materials poured into precast member joint are subjected to restraint stress by the precast member and joint reinforcement. The induced stress will likely cause cracks at early ages and performance degradation of the entire structure. To prevent these issues and design reasonable joints, it is very important to analyze and evaluate the restrained shrinkage cracks of filling materials at various restraint conditions. In this study, a new time zero-that defines the shrinkage development time of a filling material-is proposed to calculate the accurate amount of shrinkage. The tensile stresses and strengths at different ages were compared through the ring test (AASHTO PP34) to evaluate the crack potential of the restrained filling materials at various restraint conditions. The mixture which contained an expansive additive and a shrinkage reducing agent exhibited high resistance to shrinkage cracking owing to the high-drying shrinkage compensation effect. The high-performance, fiber-reinforced cement composite, and ultra-high-performance, fiber-reinforced cement composite yielded very high resistance to shrinkage and cracking owing to the pull-out property of steel fibers. To this end, multiple nonlinear regression analyses were conducted based on the test results. Accordingly, a modified tensile stress equation that considered both the geometric shape of the specimen and the intrinsic properties of the material is proposed.
In the present paper, a numerical simulation method based on mesoscopic composite structure of concrete, the truss network model, is developed to evaluate the diffusivity of concrete in order to account for the microstructure of concrete, the binding effect of chloride ions and the chloride concentration dependence. In the model, concrete is described as a three-phase composite, consisting of mortar, coarse aggregates and the interfacial transition zones (ITZs) between them. The advantage of the current model is that it can easily represent the movement of mass (e.g. water or chloride ions) through ITZs or the potential cracks within concrete. An analytical method to estimate the chloride diffusivity of mortar and ITZ, which are both treated as homogenious materials in the model, is introduced in terms of water-to-cement ratio (w/c) and sand volume fraction. Using the newly developed approaches, the effect of cracking of concrete on chloride diffusion is reflected by means of the similar process as that in the test. The results of calculation give close match with experimental observations. Furthermore, with consideration of the binding capacity of chloride ions to cement paste and the concentration dependence for diffusivity, the one-dimensional nonlinear diffusion equation is established, as well as its finite difference form in terms of the truss network model. A series of numerical analysises performed on the model find that the chloride diffusion is substantially influenced by the binding capacity and concentration dependence, which is same as that revealed in some experimental investigations. This indicates the necessity to take into account the binding capacity and chloride concentration dependence in the durability analysis and service life prediction of concrete structures.
Lazzari, Paula M.;Filho, Americo Campos;Lazzari, Bruna M.;Pacheco, Alexandre R.
Computers and Concrete
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v.20
no.3
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pp.319-327
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2017
Studying the structural behavior of prestressed segmented girders is quite important due to the large use this type of solution in viaducts and bridges. Thus, this work presents a nonlinear three-dimensional structural analysis of an externally prestressed segmented concrete girder through the Finite Element Method (FEM), using a customized ANSYS platform, version 14.5. Aiming the minimization of the computational effort by using the lowest number of finite elements, a new viscoelastoplastic material model has been implemented for the structural concrete with the UPF customization tool of ANSYS, adding new subroutines, written in FORTRAN programming language, to the main program. This model takes into consideration the cracking of concrete in its formulation, being based on fib Model Code 2010, which uses Ottosen rupture surface as the rupture criterion. By implementing this new material model, it was possible to use the three-dimensional 20-node quadratic element SOLID186 to model the concrete. Upon validation of the model, an externally prestressed segmented box concrete girder that was originally lab tested by Aparicio et al. (2002) has been computationally simulated. In the discretization of the structure, in addition to element SOLID186 for the concrete, unidimensional element LINK180 has been used to model the prestressing tendons, as well as contact elements CONTA174 and TARGE170 to simulate the dry joints along the segmented girder. Stresses in the concrete and in the prestressing tendons are assessed, as well as joint openings and load versus deflection diagrams. A comparison between numerical and experimental data is also presented, showing a good agreement.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.43-52
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2003
The present study is to investigate the ultimate behavior and limit state design of 2-I) R/C structures, with the changing of crack direction, and the yielding of the reinforcing steel bars, and Is to introduce an algorithm for the limit state design and analysis of 2-D R/C structures, directly from the finite element model. For the design of reinforcement in concrete the limit state design equation is incorporated into finite element algorithm to be based on the pointwise elemental ultimate behavior. It is also introduced a simplified nonlinear analysis algorithm for stress-strain relationship of R/C plane stress problem considering the cracking and its rotation in concrete and the yielding of the reinforcing steel bar. The algorithm is incorporated into the nonlinear finite element analysis. The analysis model is compared with the experimental model of R/C shear wall. In a simple design example for a shear wall, the required reinforcement ratios in each finite element is obtained from the limit state design equations.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.2
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pp.100-107
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2018
The material and geometrical nonlinear finite elment analysis of UHPFRC 50M composite box girder was carried out. Constitute law in tension and compressive region of UHPFRC and HPC were modeled based on specimen test. The accuracy of nonlinear FEM analysis was verified by the experimental result of UHPFRC 50M composite girder. The UHPFRC 50M segmental composite box girder which has 1.5% steel fiber of volume fraction, 135MPa compressive strength and 18MPa tensile strength was tested. The post-tensioned UHPFRC composite girder consisted of three segment UHPFRC U-girder and High Strength Concrete reinforced slab. The parts of UHPFRC girder were modeled by 8nodes hexahedron elements and reinforcement bars and tendons were built by 2nodes linear elements by Midas FEA software. The constitutive laws of concrete materials were selected Multi-linear model both of tension and compression function under total strain crack model, which was included in classifying of smeared crack model. The nonlinearity of reinforcement elements and tendon was simulated by Von Mises criteria. The nonlinear static analysis was applied by incremental-iteration method with convergence criteria of Newton-Raphson. The validation of numerical analysis was verified by comparison with experimental result and numerical analysis result of load-deflection response, neutral axis coordinate change, and cracking pattern of girder. The load-deflection response was fitted very well with comparison to the experimental result. The finite element analysis is seen to satisfactorily predict flexural behavioral responses of post-tensioned, reinforced UHPFRC composite box girder.
Still no accurate theory exists for predicting ultimate shear strength of deep reinforced concrete beams because of the structural and material non-linearity after cracking. Currently, the load capacity assesment is performed for the upper structure of the bridges and containing non-reliability in the applications and results. The purpose in this study is to evaluate analytically the complex shear behaviors and normal strength for the reinforced concrete deep beams and to offer the accuracy load capacity assesment method based on the reliability theories. This paper presents a method for the load capacity assesment of reinforcement concrete deep beams using nonlinear finite element analysis. A computer program named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. Material non-linearity is taken Into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. From the results, determine the reliability index for the failure base on the Euro Code. Then, calculate additional reduction coefficient to satisfy the goals from the reliability analysis. The proposed numerical method for the load capacity assesment of reinforced concrete deep beams is verified by comparison with the others methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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