Expressions for the calculation of ductility index for concrete girders with different ratios of prestressed and classical reinforcement were proposed using load-displacement, load-strain and load-curvature relation. The results of previous experimental static tests of several large-scale concrete girders with different ratio of prestressed and classical reinforcement are briefly presented. Using the proposed expressions, various ductility index of tested girders were calculated and discussed. It was concluded that the ductility of girders decreases approximately linearly by increasing the degree of prestressing. The study presents an expression for the calculation of the average ductility index of classical and prestressed reinforced concrete girders, which are similar to the analysed experimental test girders.
There are many studies on the optimization of steel trusses in literature; and, a large number of them include a shape optimization. However, only a few of these studies are focused on the prestressed steel trusses. Therefore, this paper aims to determine the amounts of the material and cost savings in steel plane trusses in the case of prestressing. A parallel-chord simply supported steel truss is handled as an example to evaluate the used approach. It is considered that prestressing tendon is settled under the bottom bar, between two end supports, using deviators. Cross-sections of the truss members and height of the truss are taken as the design variables. The prestress losses are calculated in two steps as instantaneous losses and time-dependent losses. Tension increment in prestressing tendon due to the external loads is also considered. A computer program based on genetic algorithm is developed to solve the optimization problem. The handled truss is optimized for different span lengths and different tendon eccentricities using the coded program. The effects of span length and eccentricity of tendon on prestressed truss optimization are investigated. The results of different solutions are compared with each other and those of the non-prestressed solution. It is concluded that the amounts of the material and the cost of a steel plane truss can be reduced up to 19.9% and 14.6%, respectively, by applying prestressing.
Based on a numerical method to analyse the full-range behaviour of prestressed concrete beams with unbonded tendons, parametric studies are carried out to investigate the influence of 11 parameters on the curvature ductility of unbonded prestressed concrete (UPC) beams. It is found that, among various parameters studied, the depth to prestressing tendons, depth to non-prestressed tension steel, partial prestressing ratio, yield strength of non-prestressed tension steel and concrete compressive strength have substantial effects on the curvature ductility. Although the curvature ductility of UPC beams is affected by a large number of factors, rather simple equations can be formulated for reasonably accurate estimation of curvature ductility. Conversion factors are introduced to cope with the difference in partial safety factors, shapes of equivalent stress blocks and the equations to predict the ultimate tendon stress in BS8110, EC2 and ACI318. The same equations can also be used to provide conservative estimates of ductility of UPC beams with compression steel.
When subjected to fatigue loading, the main failure mode of partially prestressed concrete (PPC) structure is the fatigue fracture of tensile reinforcement. Therefore, monitoring and evaluation of the steel stresses/strains in the structure are essential issues for structural design and healthy assessment. The current study experimentally investigates the possibility of using fiber Bragg grating (FBG) sensors to measure the steel strains in PPC beams in the process of fatigue loading. Six full-scale post-tensioned PPC beams were exposed to fatigue loading. Within the beams, the FBG and resistance strain gauge (RSG) sensors were independently bonded onto the surface of tensile reinforcements. A good agreement was found between the recorded results from the two different sensors. Moreover, FBG sensors show relatively good resistance to fatigue loading compared with RSG sensors, indicating that FBG sensors possess the capability for long-term health monitoring of the tensile reinforcement in PPC structures. Apart from the above findings, it can also be found that during the fatigue loading, there is stress redistribution between prestressed and non-prestressed reinforcements, and the residual strain emerges in the non-prestressed reinforcement. This phenomenon can bring about an increase of the steel stress in the non-prestressed reinforcement.
This study reports the details of the finite element analysis of eleven shear critical partially prestressed concrete T-beams having steel fibers over partial or full depth. Prestressed concrete T-beams having a shear span to depth ratio of 2.65 and 1.59 and failing in the shear have been analyzed using 'ANSYS'. The 'ANSYS' model accounts for the nonlinear phenomenon, such as, bond-slip of longitudinal reinforcements, post-cracking tensile stiffness of the concrete, stress transfer across the cracked blocks of the concrete and load sustenance through the bridging of steel fibers at crack interface. The concrete is modeled using 'SOLID65'-eight-node brick element, which is capable of simulating the cracking and crushing behavior of brittle materials. The reinforcements such as deformed bars, prestressing wires and steel fibers have been modeled discretely using 'LINK8' - 3D spar element. The slip between the reinforcement (rebar, fibers) and the concrete has been modeled using a 'COMBIN39'-non-linear spring element connecting the nodes of the 'LINK8' element representing the reinforcement and nodes of the 'SOLID65' elements representing the concrete. The 'ANSYS' model correctly predicted the diagonal tension failure and shear compression failure of prestressed concrete beams observed in the experiment. The capability of the model to capture the critical crack regions, loads and deflections for various types of shear failures in prestressed concrete beam has been illustrated.
A fatigue analysis procedure for prestressed concrete composite girder bridges is established, which includes the time-dependent effects of component materials. The procedure can take into account the movement of neutral axis depth as crack develops and give quite good agreement with experimental results available. It is also assured that Korean Standard prestressed concrete composite girder has enough fatigue resistance. The procedure in this paper gives a way to express the fatigue capacity of prestressed concrete beams in the form of S-N curve, which can be utilized under variable amplitude fatigue load.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.247-259
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2017
This paper presents a fatigue assessment model that was developed for corroded reinforced concrete (RC) beams strengthened using prestressed carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets. The proposed model considers the fatigue properties of the constituent materials as well as the section equilibrium. The model provides a rational approach that can be used to explicitly assess the failure mode, fatigue life, fatigue strength, stiffness, and post-fatigue ultimate capacity of corroded beams strengthened with prestressed CFRP. A parametric analysis demonstrated that the controlling factor for the fatigue behavior of the beams is the fatigue behavior of the corroded steel bars. Strengthening with one layer of non-prestressed CFRP sheets restored the fatigue behavior of beams with rebar at a low corrosion degree to the level of the uncorroded beams, while strengthening with 20- and 30%-prestressed CFRP sheets restored the fatigue behavior of the beams with medium and high corrosion degrees, respectively, to the values of the uncorroded beams. Under cyclic fatigue loading, the factors for the strengthening design of corroded RC beams fall in the order of stiffness, fatigue life, fatigue strength, and ultimate capacity.
The depth of superstructure is the summation of the height of girders and the thickness of the deck floor. In this study, it is aim to determine the maximum span length of girders and minimum depth of the superstructure of prestressed concrete I-girder bridge. For this purpose the superstructure of the bridge with the width of 10m and the thickness of the deck floor of 0.175m, which the girders length was changed by two meter increments between 15m and 35m, was taken into account. Twelve different girders with heights of 60, 75, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 and 180 cm, which are frequently used in Turkey, were chosen as girder type. The analyses of the superstructure of prestressed concrete I girder bridge was conducted with I-CAD software. In the analyses AASHTO LRFD (2012) conditions were taken into account a great extent. The dead loads of the structural and non-structural elements forming the bridge superstructure, prestressing force, standard truck load, equivalent lane load and pedestrian load were taken into consideration. HL93, design truck of AASHTO and also H30S24 design truck of Turkish Code were selected as vehicular live load. The allowable concrete stress limit, the number of prestressed strands, the number of debonded strands and the deflection parameters obtained from analyses were compared with the limit values found in AASHTO LRFD (2012) to determine the suitability of the girders. At the end of the study maximum span length of girders and equation using for calculation for minimum depth of the superstructure of prestressed concrete I-girder bridge were proposed.
Hollow structural section (HSS) columns have been increasingly popular due to their structural and architectural merits. However, practical difficulty lies in developing proper connections. The through-diaphragm connections are considered as suitable connection type that is widely adopted in Asian countries. However, the stress concentration occurs at the location connecting through-diaphragm and steel beam. Furthermore, the actual load path from the beam flange is not uniformly transferred to the HSS column as conventionally assumed. In this paper, tensile tests were further conducted on three additional specimens with beam flange plate to evaluate the load versus displacement response. The load-displacement curves, yield and ultimate capacity, ductility ratio were obtained. Furthermore, the strain development at different loading levels was discussed comprehensively. It is shown that the studied connection configuration significantly reduces the stress concentration. Meanwhile, simplified trilinear load-displacement analytical model for specimen under tensile load was presented. Good agreement was found between the theoretical and experimental results.
LOCA (Loss Of Coolant Accident) is one of the most important utmost accidents for Prestressed Concrete Containment Vessel (PCCV) due to its coupled effect of high temperature and inner pressure. In this paper, heat conduction analysis is used to obtain the LOCA temperature distribution of PCCV. Then the elastic internal force of PCCV under LOCA temperature is analyzed by using both simplified theoretical method and FEM (finite element methods) method. Considering the coupled effect of LOCA temperature, a nonlinear elasto-plasitic analysis is conducted for PCCV under utmost internal pressure considering three failure criteria. Results show that the LOCA temperature distribution is strongly nonlinear along the shell thickness at the early time; the moment result of simplified analysis is well coincident with the one of numerical analysis at weak constraint area; while in the strong constrained area, the value of moments and membrane forces fluctuate dramatically; the simplified and numerical analysis both show that the maximum moment occurs at 6hrs after LOCA.; the strain of PCCV under LOCA temperature is larger than the one of no temperature under elasto-plastic analysis; the LOCA temperature of 6hrs has the greatest influence on the ultimate bearing capacity with 8.43% decrease for failure criteria 1 and 2.65% decrease for failure criteria 3.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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