When a structural wall is subjected to multi-directional ground motion, torsion-induced cracks degrade the stiffness of the wall. The effect of torsion should not be neglected. As a main lateral load resisting member, reinforced concrete (RC) structural wall has been widely studied under the combined action of bending and shear. Unfortunately, its seismic behavior under a combined action of torsion, bending and shear is rarely studied. In this study, torsional performances of the RC structural walls under the combined action is assessed from a comprehensive parametrical study. Finite element (FE) models are built and calibrated by comparing with the available experimental data. The study is then carried out to find out the critical design parameter affecting the torsional stiffness of RC structural walls, including the axial load ratio, aspect ratio, leg-thickness ratio, eccentricity of lateral force, longitudinal reinforcement ratio and transverse reinforcement ratio. Besides, to facilitate the application in practice, an empirical equation is developed to estimate the torsional stiffness of RC rectangular structural walls conveniently, which is found to agree well with the numerical results of the developed FE models.
This paper presents a closed-form higher-order analysis of interfacial shear stresses in RC continuous beams strengthened with bonded prestressed laminates. For retrofitting reinforced concrete continuous beams is to bond fiber reinforced prestressed composite plates to their tensile faces. An important failure mode of such plated beams is the debonding of the composite plates from the concrete due to high level of stress concentration in the adhesive at the ends of the composite plate. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, where both the shear and normal stresses are assumed to be invariant across the adhesive layer thickness. In the present theoretical analysis, the adherend shear deformations are taken into account by assuming a parabolic shear stress through the thickness of both the RC continuous beams strengthened with bonded prestressed laminates. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. A parametric study has been conducted to investigate the sensitivity of interface behavior to parameters such as laminate stiffness and the thickness of the laminate where all were found to have a marked effect on the magnitude of maximum shear and normal stress in the composite member.
This study presents an analysis model to estimate the shear strength of a reinforced concrete (RC) member with corroded tensile reinforcements. The thick-walled cylinder theory was modified to fit the dual potential capacity model to reflect interdependent failure mechanisms, including the degradation effect of bonds in corroded tensile reinforcement. In the proposed model, it is considered that the shear failure of corroded RC members with no proper anchorage detail is primarily dominated by the flexural-bond mechanism, where insufficient bond strength is provided owing to corrosion damage. However, when tensile reinforcements are properly anchored in the end regions using end hooks or mechanical devices, it is assumed that the tied-arch action can be developed as a secondary shear transfer mechanism, even under severe corrosion damage. The proposed model was verified by comparison with shear test results of corroded RC members collected from the literature, and it appeared that the proposed model can estimate their shear strengths with a good level of accuracy, regardless of various anchorage details and corrosion rates in tensile reinforcements.
Tensile strength of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) is approximately 10 times higher than that of the steel reinforcement, but the design strength of CFRP is normally limited by unpredictable bond failure between RC and CFRP. Many researches concerned with bond behavior between RC and CFRP have been carried out to prevent the bond failure of RC beam strengthened by CFRP, but the national design code for design bond strength of CFRP has not been constructed. In this study, three beam specimens strengthened by CFRP under the parameters of bonded length were tested to derive the design bond strength of CFRP for the RC flexural members. Each bonded length was calculated based on the bond strength of JCI and CFRP manufacturing company. Also, another two beam specimens strengthened by CFRP were tested to inspect the construction environment effects such as mixing error of epoxy resin, and the amount of epoxy primer. From the test results, it is concluded that the maximum design bond strength of CFRP to RC flexural member is considered to be $\tau$a =8 kgf/㎠.
Serviceability and durability of the concrete members can be seriously affected by the corrosion of steel rebar. Carbonation front and or chloride ingress can destroy the passive film on rebar and may set the corrosion (oxidation process). Depending on the level of oxidation (expansive corrosion products/rust) damage to the cover concrete takes place in the form of expansion, cracking and spalling or delamination. This makes the concrete unable to develop forces through bond and also become unprotected against further degradation from corrosion; and thus marks the end of service life for corrosion-affected structures. This paper presents an analytical model that predicts the weight loss of steel rebar and the corresponding time from onset of corrosion for the known corrosion rate and thus can be used for the determination of time to cover cracking in corrosion affected RC member. This model uses fully the thick-walled cylinder approach. The gradual crack propagation in radial directions (from inside) is considered when the circumferential tensile stresses at the inner surface of intact concrete have reached the tensile strength of concrete. The analysis is done separately with and without considering the stiffness of reinforcing steel and rust combine along with the assumption of zero residual strength of cracked concrete. The model accounts for the time required for corrosion products to fill a porous zone before they start inducing expansive pressure on the concrete surrounding the steel rebar. The capability of the model to produce the experimental trends is demonstrated by comparing the model's predictions with the results of experimental data published in the literature. The effect of considering the corroded reinforcing steel bar stiffness is demonstrated. A sensitivity analysis has also been carried out to show the influence of the various parameters. It has been found that material properties and their inter-relations significantly influence weight loss of rebar. Time to cover cracking from onset of corrosion for the same weight loss is influenced by corrosion rate and state of oxidation of corrosion product formed. Time to cover cracking from onset of corrosion is useful in making certain decisions pertaining to inspection, repair, rehabilitation, replacement and demolition of RC member/structure in corrosive environment.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.69-84
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2002
In this papers, an analytical model which can simulate the post-cracking behavior and tension stiffening effect in a reinforced concrete(RC) tension member is proposed. Unlike the classical approaches using the bond stress-slip relationship or the assumed bond stress distribution, the tension stiffening effect at post-cracking stage is quantified on the basis of polynomial strain distribution functions of steel and concrete, and its contribution is implemented into the reinforcing steel. The introduced model can be effectively used in constructing the stress-strain curve of concrete at post-cracking stage, and the loads carried by concrete and reinforcing steel along the member axis can be directly evaluated on the basis of the introduced model. In advance, the prediction of cracking loads and elongations of reinforced steel using the introduced model shows good agreement with results from the previous analytical studies and experimental data.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05b
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pp.469-472
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2005
With all ensuring the fire resistance structure as a method of setting the required cover thickness to fire, the RC is significantly affected from the standpoint of its structural stability that the compressive strength and elastic modulus is reduced by fire. Normally, the degradation of concrete member exposed to fire is largely dependent on the fire scale and fire condition. There is therefore a need to precisely predict the deterioration and fire damage of the exposed member. Thus, this work estimated the temperature distribution inside a member taking into consideration of the thermal properties by means of finite element method(FEM). The estimation results in a little higher prediction value than the experimental value in surface layer and is almost coincident with the experiment as the heating depth increase. From this work it can be known that the simulation application of FEM using the thermal properties of concrete member in high temperature gives rise to the confident prediction in the prediction of temperature distribution.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.50-58
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2014
Due to the cost burden of new construction, the necessity of repair and retrofitting of aged structures is sharply increasing as the domain of repair and retrofitting construction is expanding. Because of the necessity, new technologies for repair and retrofitting are continuously studied in Korea and foreign countries. Steel adhesive method, fiber reinforced plastic (FRP) surface adhesive method, and external prestressing method are used to perform the repair and retrofitting works in Korea. In order to consider a repair method using steel mesh reinforced cement mortar (SMCM), 3-point flexural member test was conducted considering repair area and layer number of SMCM. Five types of specimens including ordinary reinforced concrete (RC) specimen with dimensions of $1400{\times}500{\times}200$ (mm) were cast for testing the deflection measurement, a LVDT was installed at the top center of the specimens. Also, a steel strain gauge and a concrete strain gauge were placed at the center of the specimens. A steel strain gauge was also installed on the shear reinforcement. The 3 point flexural member test results showed that the maximum load of SMCM reinforced specimen was higher than that of basic RC specimen in all of the load-displacement curves. Also, the results showed that, when the whole lower part of the basic RC specimen was reinforced, the maximum load and strain were 1.18 and 1.37 times higher than that of the basic RC specimen, respectively. Each specimen showed a slightly different failure behavior where the difference of the results was caused by the difference in the adhesive level between SMCM and RC. Particularly, in SM-B1 specimen, SMCM spalled off during the experiment. This failure behavior showed that the adhesive performance for RC must be improved in order to utilize SMCM as repair and retrofitting material.
Seo, Soo-Yeon;Yoon, Seung-Joe;Cho, Yong-Man;Choi, Gi-Bong
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.2
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pp.67-74
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2010
A variation of temperature acting on a RC roof slab causes a change of stress in concrete since it expands during summer and is compressed during winter. This behavior repeats annually and makes an affection to the structural capacity of member for both serviceability and ultimate level. In this paper, a cyclic temperature loading variation is calculated by analyzing the weather data of Korea for 20 years. In addition, an experimental work is planned to find the long term effect of temperature variation. Six RC slab are made with same dimension. Test parameters are loading duration (10, 20, 30 year) and whether it has pre-damage or not. Observation of stiffness variations according to cyclic loading period shows that the serious stiffness drop happens after 10 year's cyclic loading at summer while after 30 year's loading at winter. From the fracture test about slabs damaged by long term cyclic loading, however, the capacity of member such as initial stiffness and maximum strength were not changed except yield strength according to the period of long term cyclic loading. The yield strength tends to decrease after 20 year's cyclic loading.
Kim, Jang-Ho Jay;Yi, Na-Hyun;Phan, Duc-Hung;Kim, Sung-Bae;Lee, Kang-Won
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.4
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pp.535-546
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2010
Recently, the probability of collision accident between vehicles or vessels and infrastructures are increasing at alarming rate. Particularly, collision impact load can be detrimental to sub-structures such as piers and columns. The damaged pier from an impact load of a vehicle or a vessel can lead to member damages, which make the member more vulnerable to impact load due to other accidents which. In extreme case, may cause structural collapse. Therefore, in this study, the vehicle impact load on concrete compression member was considered to assess the quantitative design resistance capacity to improve, the existing design method and to setup the new damage assessment method. The case study was carried out using the LS-DYNA, an explicit finite element analysis program. The parameters for the case study were cross-section variation of pier, impact load angle, permanent axial load and axial load ratio, concrete strength, longitudinal and lateral rebar ratios, and slenderness ratio. Using the analysis results, the performance based resistance capacity evaluation method for impact load using satisfaction curve was developed using Bayesian probabilistic method, which can be applied to reinforced concrete column design for impact loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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