Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.3-17
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2007
This paper provides an introduction to life-span simulation and numerical approach to support the performance design processes of reinforced concrete structures. An integrated computational system is proposed for life-span simulation of reinforced concrete. Conservation of moisture, carbon dioxide, oxygen, chloride, calcium and momentum is solved with hydration, carbonation, corrosion, ion dissolution. damage evolution and their thermodynamic/mechanical equilibrium. Coupled analysis of mass transport and damage mechanics associated with steel corrosion is presented for structural performance assessment of reinforced concrete. Multi-scale modeling of micro-pore formation and transport phenomena of moisture and ions are mutually linked for predicting the corrosion of reinforcement and volumetric changes. The interaction of crack propagation with corroded gel migration can also be simulated. Two finite element codes. multi-chemo physical simulation code (DuCOM) and nonlinear dynamic code of structural reinforced concrete (COM3) were combined together to form the integrated simulation system. This computational system was verified by the laboratory scale and large scale experiments of damaged reinforced concrete members under static loads, and has been applied to safety and serviceability assessment of existing structures. Based on the damage details predicted by the nonlinear finite element analytical system, the life-span-cost of RC structures including the original construction costs and the repairing costs for possible damage during the service life can be evaluated for design purpose.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.3
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pp.31-38
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1989
This paper concentrates on the analysis of reinforced concrete(R/C) structures subjected to monotonic loading, from zero to ultimate loads. Tensile cracking, the nonlinear stress-strain relationship for concrete and reinforcement are taken into account the concrete is assumed to be elastic in tension region and elasto-hardening plastic in compression region. The Kupfer's failure criteria and associated flow rule are adopted to govern the plastic behavior of the concrete. The reinforcing bar is considered as a elasto-hardening platic material. The tension stiffening effect of the concrete between cracks is also considered. The numerical error depends on the used finite element mesh size is reduced by correcting the slope of strain softening region of the concrete according to the developed energy criteria.
This study presents a new beam-column model comprising material nonlinearity and joint flexibility to predict the nonlinear response of reinforced concrete structures. The nonlinear behavior of connections has an outstanding role on the nonlinear response of reinforced concrete structures. In presented research, the joint flexibility is considered applying a rotational spring at each end of the member. To derive the moment-rotation behavior of beam-column connections, the relative rotations produced by the relative slip of flexural reinforcement in the joint and the flexural cracking of the beam end are taken into consideration. Furthermore, the considered spread plasticity model, unlike the previous models that have been developed based on the linear moment distribution subjected to lateral loads includes both lateral and gravity load effects, simultaneously. To confirm the accuracy of the proposed methodology, a simply-supported test beam and three reinforced concrete frames are considered. Pushover and nonlinear dynamic analysis of three numerical examples are performed. In these examples the nonlinear behavior of connections and the material nonlinearity using the proposed methodology and also linear flexibility model with different number of elements for each member and fiber based distributed plasticity model with different number of integration points are simulated. Comparing the results of the proposed methodology with those of the aforementioned models describes that suggested model that only uses one element for each member can appropriately estimate the nonlinear behavior of reinforced concrete structures.
Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Park, Min Kook;Choi, Seung-Ho;Kim, Kang Su;Pan, Zuanfeng
Computers and Concrete
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v.16
no.6
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pp.825-846
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2015
In this study, shear tests on steel fiber reinforced-prestressed concrete (SFR-PSC) members were conducted with test parameters of the concrete compressive strength, the volume fraction of steel fibers, and the level of effective prestress. The SFR-PSC members showed higher shear strengths and stiffness after diagonal cracking compared to the conventional prestressed concrete (PSC) members without steel fibers. In addition, their shear deformational behavior was measured using the image-based non-contact displacement measurement system, which was then compared to the results of nonlinear finite element analyses (NLFEA). In the NLFEA proposed in this study, a bi-axial tensile behavior model, which can reflect the tensile behavior of the steel fiber-reinforced concrete (SFRC) in a simple manner, was introduced into the smeared crack truss model. The NLFEA model proposed in this study provided a good estimation of shear behavior of the SFRPSC members, such as the stiffness, strengths, and failure modes, reflecting the effect of the key influential factors.
This paper presents a finite element (FE) model for predicting the nonlinear response and behavior of a reinforced concrete T-beam deficient in shear under cyclic loading. Cracking loads, failure loads, response hysteresis envelopes and crack patterns were used as bench mark for comparison between experimental and FE results. A parametric study was carried out to predict the optimum combination of the open and close crack shear transfer coefficients (${\beta}_t$ and ${\beta}_c$) of the constitutive material model for concrete. It is concluded that when both shear transfer coefficients are equal to 0.2 the FE results gave the best correlation with the experimental results. The results were also verified on a rectangular shear deficient beam (R-beam) tested under cyclic loading and it is concluded that the variation of section geometry has no effect on the optimum choice of the values of shear transfer coefficients of 0.2. In addition, a parametric study based on the variation of concrete compressive strength, was carried out on the T-beam and it is observed that the variation of concrete compressive strength has little effect on the deflection. Further conclusions and observations were also drawn.
In buildings structures, the flexural stiffness reduction of beams and columns due to concrete cracking plays an important role in the nonlinear load-deformation response of reinforced concrete structures under service loads. Most Seismic Design Codes do not precise effective stiffness to be used in seismic analysis for structures of reinforced concrete elements, therefore uncracked section properties are usually considered in computing structural stiffness. But, uncracked stiffness will never be fully recovered during or after seismic response. In the present study, the effect of concrete cracking on the lateral response of structure has been taken into account. Totally 120 cases of 3 Dimensional Dynamic Analysis which considers the real and accidental torsional effects are performed using ETABS to determine the effective structural system across the height, which ensures the performance and the economic dimensions that achieve the saving in concrete and steel amounts thus achieve lower cost. The result findings exhibits that the dual system was the most efficient lateral load resisting system based on deflection criterion, as they yielded the least values of lateral displacements and inter-storey drifts. The shear wall system was the most economical lateral load resisting compared to moment resisting frame and dual system but they yielded the large values of lateral displacements in top storeys. Wall systems executes tremendous stiffness at the lower levels of the building, while moment frames typically restrain considerable deformations and provide significant energy dissipation under inelastic deformations at the upper levels. Cracking found to be more impact over moment resisting frames compared to the Shear wall systems. The behavior of various lateral load resisting systems with respect to time period, mode shapes, storey drift etc. are discussed in detail.
An analytical model with tension softening for the prediction of the capacity of prestressed concrete beams under pure torsion and under torsion combined with shear and flexure is introduced. The proposed approach employs bilinear stress-strain relationship with post cracking tension softening branch for the concrete in tension and special failure criteria for biaxial stress states. Further, for the solution of the governing equations a special numerical scheme is adopted which can be applied to elements with practically any cross-section since it utilizes a numerical mapping. The proposed method is mainly applied to plain prestressed concrete elements, but is also applicable to prestressed concrete beams with light transverse reinforcement. The aim of the present work is twofold; first, the validation of the approach by comparison between experimental results and analytical predictions and second, a parametrical study of the influence of concentric and eccentric prestressing on the torsional capacity of concrete elements and the interaction between torsion and shear for various levels of prestressing. The results of this investigation presented in the form of interaction curves, are compared to experimental results and code provisions.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.1
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pp.45-54
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2015
This paper describes a three-dimensional approach to modeling the nonlinear behavior of partial-depth precast prestressed concrete bridge decks under increasing static loading. Six full-size panels were analyzed with this approach where the damage plasticity constitutive model was used to model concrete. Numerical results were compared and validated with the experimental data and showed reasonable agreement. The discrepancy between numerical and experimental values of load capacities was within six while the discrepancy of mid-span displacement was within 10 %. Parametric study was also conducted to show that higher accuracy could be achieved with lower values of the viscosity parameter but with an increase in the calculation effort.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1993.10a
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pp.290-295
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1993
The purpose of the present study is to propose a realistic method to analyze the prestressed concrete members subjected to pure torsion. The present study device a method to realistically take into account the tensile stiffness of concrete after cracking. The effect of biaxial compressive and tensile loading on the compressive and tensile strength of concrete is also taken into account in the present model. The present model can predict not only the service load behavior, but also up to the behavior of ultimate load stages. The comparison of the present theory with experimental data indicates that the proposed model dipicts reasonably well the actual behavior of prestressed concrete members.
In this study, a numerical method for the material nonlinear analysis of reinforced concrete shell structures including the time dependent effects due to creep and shrinkage is developed. Degenerate shell elements with the layered approach are used. The perfect or strain hardening plasticity model in compression and the linearly elastic model in tension until cracking for concrete are employed. The reinforcing bars are considered as a steel layer of equivalent thickness. Each :steel layer has an uniaxial behaviour resisting only the axial force in the bar direction. A bilinear idealization is adopted to model elasto-plastic stress-strain relationships. For the nonlinear anaysis, incremental load method combined with unbalanced load iterations for each load increment is used. To include time dependent effects of concrete, time domain is divided into several time steps which may have different length. Some numerical examples are presented to study the validity and applicability of the present method. The results are compared with experimental and numerical results obtained by other investigator.
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