Based on the orthotropic hypoelasticity formulation, a constitutive material model of concrete taking account of triaxial stress state is presented. In this model, the ultimate strength surface of concrete in triaxial stress space is described by the Hsieh's four-parameter surface. On the other hand, the different ultimate strength surface of concrete in strain space is proposed in order to account for increasing ductility in high confinement pressure. Compressive ascending and descending behavior of concrete is considered. Concrete cracking behavior is considered as a smeared crack model, and after cracking, the tensile strain-softening behavior and the shear mechanism of cracked concrete are considered. The proposed constitutive model of concrete is compared with some results obtained from tests under the states of uniaxial, biaxial, and triaxial stresses. In triaxial compressive tests, the peak compressive stress from the predicted results agrees well with the experimental results, and ductility response under high confining pressure matches well the experimental result. The reinforcing bars embedded in concrete are considered as an isoparametric line element which could be easily incorporated into the isoparametric solid element of concrete, and the average stress - average strain relationship of the bar embedded in concrete is considered. From numerical examples for a reinforced concrete simple beam and a structural beam type member, the stress state of concrete in the vicinity of talc critical region is investigated.
Tamayo, Jorge Luis Palomino;Awruch, Armando Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.5
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pp.799-823
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2016
A finite element model for the non-linear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) containment shell of a nuclear power plant subjected to extreme loads such as impact and earthquake is presented in this work. The impact is modeled by using an uncoupled approach in which a load function is applied at the impact zone. The earthquake load is modeled by prescribing ground accelerations at the base of the structure. The nuclear containment is discretized spatially by using 20-node brick finite elements. The concrete in compression is modeled by using a modified $Dr{\ddot{u}}cker$-Prager elasto-plastic constitutive law where strain rate effects are considered. Cracking of concrete is modeled by using a smeared cracking approach where the tension-stiffening effect is included via a strain-softening rule. A model based on fracture mechanics, using the concept of constant fracture energy release, is used to relate the strain softening effect to the element size in order to guaranty mesh independency in the numerical prediction. The reinforcing bars are represented by incorporated membrane elements with a von Mises elasto-plastic law. Two benchmarks are used to verify the numerical implementation of the present model. Results are presented graphically in terms of displacement histories and cracking patterns. Finally, the influence of the shear transfer model used for cracked concrete as well as the effect due to a base slab incorporation in the numerical modeling are analyzed.
A number of desirable characteristics concerning excellent durability, aesthetics, recyclability, high ductility and fire resistance have made stainless steel a preferred option in engineering practice. However, the relatively high initial cost has greatly restricted the application of stainless steel as a major structural material in general construction. This drawback can be partially overcome by introducing composite stainless steel-concrete structures, which provides a cost-efficient and sustainable solution for future stainless steel construction. This paper presents a preliminary numerical study on stainless steel-concrete composite beam-to-column joints with bolted flush endplates. In order to ensure a consistent corrosion resistance within the whole structural system, all structural steel components were designed with austenitic stainless steel, including beams, columns, endplates, bolts, reinforcing bars and shear connectors. A finite element model was developed using ABAQUS software for composite beam-to-column joints under monotonic and symmetric hogging moments, while validation was performed based on independent test results. A parametric study was subsequently conducted to investigate the effects of several critical factors on the behaviour of composite stainless steel joints. Finally, comparisons were made between the numerical results and the predictions by current design codes regarding the plastic moment capacity and the rotational stiffness of the joints. It was concluded that the present codes of practice generally overestimate the rotational stiffness and underestimate the plastic moment resistance of stainless steel-concrete composite joints.
Wu, Xiangguo;Zhang, Xuesen;Zhang, Qingtan;Zhang, Dong;Yang, Xiaojing;Qiu, Faqiang;Park, Suhyun;Kang, Thomas H.K.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.3
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pp.407-421
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2022
Prefabricated hybrid wind turbine towers (WTTs) are promising due to height increase. This study proposes the use of ultra-high performance concrete (UHPC) to develop a new type of WTT without the need to use reinforcement. It is demonstrated that the UHPC WTT structure without reinforcing bars could achieve performance similar to that of reinforced concrete WTTs. To simplify the design of WTT, a design approach for the calculation of stresses at the horizontal joints of a WTT is proposed. The stress distribution near the region of the horizontal joint of the WTT structure under normal operating conditions and different load actions is studied using the proposed approach, which is validated by the finite element method. A further parametric study shows that the degree of prestressing and the bending moment both significantly affect the principal stress. The shear-to-torsion ratio also shows a significant influence on the principal tensile stress.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.11
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pp.7244-7249
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2015
In this study, in order to asses the structural performance of trapezoidal PSC girder using a socket joint system and it is possible to calculate the optimized cross-section of the web element tests were carried out for each specimens. we conducted a socket joint performance test, web bending and shear performance tests and all tests were performed at 4 point loading method. The initial crack load of socket joint specimen was significantly lower than the reference specimen but post peak behavior was no significant differences. And the length of the loop joint of the reinforcing bars had no significant effect on the maximum load. As a web shear tests, to obtain a maximum load of the specimen has a prestressing rod reinforced at tension side. As a web flexural tests, to obtain higher diagonal cracking load in specimen of reinforced using prestressing rod than reference specimen.
Journal of the Korean Institute of Rural Architecture
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v.24
no.2
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pp.13-20
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2022
In this study, a general low-rise building was selected to compare the new shear wall reinforcement method, which is a general method among the existing reinforcement methods, and the reinforcement method using sinusoidal corrugated web reinforcement. And it was confirmed that the following effects can be expected. Sinusoidal corrugated web members can be carried out in a short period of time as it does not require the removal of the masonry filling wall, the reinforcement of reinforcing bars, and the curing period of the concrete. It is effective in preventing damage that may occur when masonry filling wall is overturned in the out-of-plane direction, and the burden of the foundation is also reduced, and thus the construction period and cost required for reinforcement can greatly be reduced. By adjusting the number of sinusoidal corrugated web member, details of joints, and reinforcement positions, the flow of load can be induced to have an advantageous effect on the building. It can be considered as the most suitable reinforcement plan in terms of life safety. Unlike the shear wall that fills between the columns, the sinusoidal corrugated web members, which has a width of 1.5m, can install openings between two columns depending on the purpose of use, and can be expected to have a great effect in terms of usability due to its free installation location. As mentioned above, the seismic reinforcement using a sinusoidal corrugated web members, can expect great effect compared to conventional reinforcement methods in terms of usability, economic feasibility, and stability.
Magdy I. Salama;Jong Wan Hu;Ahmed Almaadawy;Ahmed Hamoda;Basem O. Rageh;Galal Elsamak
Steel and Composite Structures
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v.50
no.6
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pp.627-641
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2024
This paper presents an experimental and numerical study to investigate the behavior of the precast segmental concrete beams (PSCBs) utilizing high-strength concrete (HSC) connected in the zone of the maximum bending moment using steel extended endplate connections (EECs). The experimental study consisted of five beams as follows: The first beam was the control beam for comparison, which was an unconnected one-piece beam made of HSC. The other four other beams consisted of two identical pieces of precast concrete. An important point to be noted is that at the end of each piece, a steel plate was used with a thickness of 10 mm. Moreover, this steel plate was welded to the lower and upper reinforcing bars of the beam. Furthermore, the steel plate was made to connect the two pieces using the technique of EECs. Several variables were taken in these four beams, whether from the shape of the connection or enhancing the behavior of the connection using the post-tensioning technique. EECs without stiffeners were used for some of the tested beams. The behavior of these connections was improved using stiffeners and shear bolts. To get accurate results, a comparison was made between the behaviors of the five beams. Another important point to be noted is that Abaqus and SAP2000 programs were used to investigate the behavior of PSCBs and to ensure the accuracy of the modeling process which showed a good agreement with the experimental results. Additionally, the simplified modeling using SAP2000 was able to model the nonlinear behavior of PSCBs connected using steel EECs. It was found that the steel pre-tensioned bolted EECs, reinforced with steel stiffeners and shear anchors, could be used to connect the precast HSC segmental beams via the internal pre-stressing technique.
The objective of the present study is to evaluate the shear transfer capacity of transverse reinforcement at the concrete interfaces with smooth construction joint. The transverse reinforcing bars were classified into two groups: V-type for the arrangement perpendicular to the interface and X-type for inclined-crossing arrangement. The transverse reinforcement ratio at the interface varied from 0.0045 to 0.0135 for V-type and 0.0064 to 0.0045 for X-type. The mechanism analysis proposed for monolithic concrete interface, derived based on the upper-bound theorem of concrete plasticity, was modified to evaluate the shear friction capacity of concrete interfaces with smooth construction joint. Test results showed that the specimens with X-type reinforcement had lower amount of relative slippage at the interface and higher shear friction capacity than the companion specimens with V-type reinforcement. This observation was independent of the unit weight of concrete. The mean and standard deviation of the ratios between the experimental shear friction strength of smooth construction joints and predictions obtained from the proposed model are 1.07 and 0.14, respectively.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.259-267
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2008
The ultimate strengths of reinforced concrete deep beams are governed by the capacity of the shear resistance mechanism composed of concrete and shear reinforcing bars, and the structural behaviors of the beams are mainly controlled by the mechanical relationships according to the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, load and support conditions, and material properties. In this study, a simple indeterminate strut-tie model reflecting all characteristics of the ultimate strengths and complicated structural behaviors is presented for the design of simply supported reinforced concrete deep beams. In addition, a load distribution ratio, defined as a magnitude of load transferred by a vertical truss mechanism, is proposed to help structural designers perform the design of simply supported reinforced concrete deep beams by using the strut-tie model approaches of current design codes. In the determination of a load distribution ratio, a concept of balanced shear reinforcement ratio requiring a simultaneous failure of inclined concrete strut and vertical steel tie is introduced to ensure the ductile shear failure of reinforced concrete deep beams, and the prime design variables including the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete influencing the ultimate strength and behavior are reflected upon based on various and numerous numerical analysis results. In the companion paper, the validity of presented model and load distribution ratio was examined by employing them to the evaluation of the ultimate strengths of various simply supported reinforced concrete deep beams tested to failure.
The external unbonded strengthening offers advantages in speed and simplicity of installation over other strengthening techniques. Unlike externally bonded steel plate or carbon fiber sheet, surface preparation of the concrete for installation of high-tension bar is not required and installation is not affected by environmental conditions. Anchoring pin or anchoring plate are installed at the end of beam to connect the high-tension bar to concrete beam. The deviator are used in order that supplementary external bars would follow the curvature of the tested beam. A set often laboratory tests on reinforced concrete beam strengthened using the technique are reported. The main test parameters are the section area of strengthening bar, the depth of deviator and the number of deviators. The paper provides a general description of structural behavior of beams strengthened using the technique. The test result of strengthened beam are compared with those from a reference specimen. It is shown that the reinforcing technique can provide greater strength enhancements to unstrengthened beam and that the provision of deviator enhances efficiency. The ultimate moment of specimen with two deviators was higher than that of specimens with one deviator. It is also shown that the external bars enhance strength of beams in shear.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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