In the previous study, direct inelastic strut-and-tie model (DISTM) was developed to perform inelastic design of reinforced concrete members by using linear analysis for their secant stiffness. In the present study, for convenience in design practice, the DISTM was further simplified so that inelastic design of reinforced concrete members can be performed by a run of linear analysis, without using iterative calculations. In the simplified direct inelastic strut-and-tie model (S-DISTM), a reinforced concrete member is idealized with compression strut of concrete and tension tie of reinforcing bars. For the strut and tie elements, elastic stiffness or secant stiffness is used according to the design strategy intended by engineer. To define the failure criteria of the strut and tie elements, concrete crushing and reinforcing bar fracture were considered. The proposed method was applied to inelastic design of various reinforced concrete members including deep beam, coupling beam, and shear wall. The design results were compared with the properties and the deformation capacities of the test specimens.
This paper aims at experimentally investigating the relationship between tensile load and average strain in the tension zone of SFRC beam. Also, it is attempted to find post cracking tension behavior of SFRC under tensile loading condition. The tension stiffening test is conducted on the long prizm of SFRC which embeds reinforcing bar in both ends of member.
From this study, an empirical equation which represents the tension stiffening effect(i.e.effect of increasing tensile-~3trengthening contnbuted by SFRC when the reinforcing bar embeded in the SFRC member is under tensile loading condition) as a function of the average strain is presented .
Most of the conventional aseismic design methods for reinforced concrete structures, based on the strong¬column weak-beam design concept, do not necessarily the state of damage distribution over the entire frame. This paper introduces a seismic damage-controlled design method for RC frames which aim at individual member damage indices. Three design parameters, namely the longitudinal steel ratio, the confinement steel ratio and the frame member depth, were studied for their influence on the frame response to an earthquake. The usefulness of this design method will be demonstrated with a three-bay four-story building frame so that, on the one hand, the method will reduce the damage as measured by the global damage index under the same earthquake and, on the other hand, will lead to a larger capacity enabling stronger earthquakes to be accom¬odated .
On mesoscopic level, concrete can be treated as a three-phase composite material consisting of mortar, aggregates and interfacial transition zone (ITZ) between mortar and aggregate. A lot of research has confirmed that ITZ plays a crucial role in the mechanical fracture process of concrete. The aim of the present study is to propose a numerical method on mesoscale to analyze the failure mechanism of reinforced concrete (RC) structures under mechanical loading, and then it will help precisely predict the damage or the cracking initiation and propagation of concrete. Concrete is meshed by means of the Rigid Body Spring Model (RBSM) concept, while the reinforcing steel bars are modeled as beam-type elements. Two kinds of RC members, i.e. subjected to uniaxial tension and beams under bending, the fracture process of concrete and the distribution of cracks, as well as the load-deflection relationships are investigated and compared with the available test results. It is found that the numerical results are in good agreement with the experimental observations, indicating that the model can successfully simulate the failure process of the RC members.
The longitudinal axial strain in the plastic hinge region of reinforced concrete (RC) columns influences on the structural behavior of RC structures subjected to reversed cyclic loading. This strain decreases the effective compressive strength of concrete and increases the lateral displacements between stories by causing the elongation of member length. This paper investigated the effects of the axial force on the elongation of a RC member by using a sectional analysis of RC members. The analytical and experimental results indicated that the axial force decreased the axial strain in the plastic hinge region of RC columns. In this study, a model was proposed to predict the axial strain of RC columns. The proposed model considering the effects of axial force ratio consisted of three path types ; Path 1-loading region, Path 2-unloading region, and Path 3-reversing cyclic loading region. The axal strains predicted by the proposed model were compared with the test results of RC columns with various axial force ratios, and agreed reasonably with the observed longitudinal strains.
When designing reinforced concrete (RC) members, the rebar is assumed to resist all tensile forces, but the resistance of the concrete in the tension area is neglected. However, concrete can also resist tensile forces and increase the tensile stiffness of RC members, which is called the tension stiffening effect (TSE). Therefore, this study assessed the TSE, particularly after yielding of the steel bars and the effects of the steel ratio on the TSE. For this purpose, RC member specimens with steel ratios of 2.87%, 0.99%, and 0.59% were fabricated for uniaxial tensile tests. A vision-based non-contact measurement system was used to measure the behavior of the specimens. The cracks on the specimen at the stabilized cracking stage and the fracture stage were measured with the image analysis method. The results show that the number of cracks increases as the steel ratio increases. The reductions of the limit state and fracture strains were dependent on the ratio of the rebar. As the steel ratio decreased, the strain after yielding of the RC members significantly decreased. Therefore, the overall ductility of the RC member is reduced with decreasing steel ratio. The yielding plateau and ultimate load of the RC members obtained from the proposed equations showed very good agreement with those of the experiments. Finally, the image analysis method was possible to allow flexibility in expand the measurement points and targets to determine the strains and crack widths of the specimens.
Lam, Kah Mun;Kim, Woo-Suk;Van Zandt, Michael;Kang, Thomas H.K.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.5
no.2
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pp.77-85
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2011
The use of headed bars as opposed to standard 90- or 180-degree hooked bars in beam ends, beam-column joints or other steel congested areas for anchorage and bond has become more favorable due to the fact that steel congestion is often created by large bend diameters or crossties. This research mainly focuses on evaluating the code provisions regarding the use of headed bars. Nine simply supported rectangular concrete beams with headed longitudinal reinforcement were tested under a four-point monotonic loading system. The design clear spacing, which varies from 1.5 to 4.25 times the bar diameter, was the only parameter for the experimental investigation. The test results showed that the closely-spaced headed bars were capable of developing to full yield strength without any severe brittle concrete breakout cone or pullout failure. Bond along the bar was not sufficient due to the early loss of concrete integrity. However, the headed bars were effective for anchorage with no excessive moment capacity reduction. This implies that the clear spacing of about 2 times the bar diameter for headed bars may be reasonable to ensure the development of specified yield strength of headed bars and corresponding member design strength.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.1-16
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2017
The compression or tension-controlled failure mode of concrete beams prestressed with unbonded FRP tendons is governed by the relative amount of prestressing tendon to the balanced one. Explicit assessment to determine the balanced reinforcement ratio of a beam with unbonded tendons (${\rho}^U_{pfb}$) is difficult because it requires a priori knowledge of the deformed beam geometry in order to evaluate the unbonded tendon strain. In this study, a theoretical evaluation of ${\rho}^U_{pfb}$ is presented based on a concept of three equivalent rectangular curvature blocks for simply supported concrete beams internally prestressed with unbonded carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) tendons. The equivalent curvature blocks were iteratively refined to closely simulate beam rotations at the supports, mid-span beam deflection, and member-dependent strain of the unbonded tendon at the ultimate state. The model was verified by comparing its predictions with the test results. Parametric studies were performed to examine the effects of various parameters on ${\rho}^U_{pfb}$.
This article involves architecting prototype-fuzzy expert system for designing the nominal cover thickness by means of fuzzy inference for quantitatively representing the environment affecting factor to reinforced concrete in chloride-induced corrosion environment. In this work, nominal cover thickness to reinforcement in concrete was determined by the sum of minimum cover thickness and tolerance to that defined from skill level, constructability and the significance of member. Several variables defining the quality of concrete and environment affecting factor (EAF) including relative humidity, temperature, cyclic wet and dry, and the distance from coast were treated as fuzzy variables. To qualify EAF the environment conditions of cycle degree of wet-dry, relative humidity, distance from coast and temperature were used as input variables. To determine the nominal cover thickness a qualified EAF, concrete grade, and water-cement ratio were used. The membership functions of each fuzzy variable were generated from the engineering knowledge and intuition based on some references as well as some international codes of practice.
Journal of Construction Engineering and Project Management
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v.7
no.1
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pp.26-29
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2017
This paper represents the experimental investigation of chloride penetration into plain concretes and reinforced concretes. The main objective of this work is to study the main influencing parameters affecting corrosion of steel in concrete. Plain cement concrete and reinforced cement concrete with different water-cement ratios and different cover depth were subjected to ponding test. Ponding of specimens were done for different periods into 10% NaCl solution. Depth of penetration of chloride solution into specimens was measured after ponding. Specimens were crushed and reinforcements were washed using $HNO_3$ solution and weight loss due to corrosion was calculated accordingly. There was a linear relationship between depth of penetration and water-cement ratio. It was also observed that, corrosion of reinforcing steel increases with chloride ponding period and with water-cement ratio. Corrosion of steel in concrete can be minimized by providing good quality concrete and sufficient concrete cover over the reinforcing bars. Water-cement ratio has to be low enough to slow down the penetration of chloride salts into concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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