This paper presents tension stiffening effect of Reinforced concrete members obtained from experimental results on direct tension and bending. From the direct tension test program, crack patterns were investigated with tension softening behaviors of concrete. Tension stiffening effects and losses of strain energy were, also, analyzed from the load-deflection curve with the main experimental variables such as concrete strength, yielding stress and reinforcement ratio of rebar. Tension stiffening effect of RC members increase linearly until the first crack initiate, decrease inversely with number of cracks, and then decrease rapidly when splitting cracks are happened. The tension stiffening effect is shown to be more important at the member of lower reinforcement than that of higher. Therefore, it necessitates to consider the tension stiffening effects at a nonlinear analysis. From the above analysis, a tension stiffening model of concrete is proposed and verified by applying it to bending members. From the numerical analysis by finite element approach, it is shown that the proposed model evaluates a little higher in analyzing at nonlinear region of high strength concrete, but, perform satisfactorily in general.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.1
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pp.50-58
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2018
The verification of serviceability of concrete structures requires more informations on the composite behaviors between concrete and reinforcement. Among them, the investigation of crack widths and spacings is based on the tension stiffening effects. In this paper, the tension stiffening effects of high strength concrete members with compressive strength of 80 and 100MPa are investigated experimentally. It was found that the current design code which is based on the tests of normal strength concrete may not describe the tension stiffening effects in high strength concrete correctly. The coefficient that can appropriately reflect the tension stiffening effects in the high strength concrete was proposed. Also, the crack spacing was investigated through the cracking behaviors and the crack width according to the difference of the strains in steel and concrete was estimated. The results of this paper may be used to examine the tension stiffening effects of high strength concrete members.
The behaviour of a reinforced concrete tension member is governed by the contribution of concrete between cracks, tension stiffening effect. Under highly repeated loading, this contribution is progressively reduced and the member response approximates that given by the fully cracked member. When focusing on the unloaded state, experiments show deformations larger than those of the naked reinforcement. This has been referred to as negative tension stiffening and is due to the fact that concrete carries compressive stresses along the crack spacing, even thought the tie is subjected to an external tensile force. In this paper a cycle-dependent approach is presented to reproduce the behaviour of the axially loaded tension member, paying attention to the negative tension stiffening contribution. The interaction of cyclic bond degradation and time-dependent effects of concrete is investigated. Finally, some practical diagrams are given to account for the negative tension stiffening effect in reinforced concrete elements.
The steel fiber reinforced concrete may affect substantially to the tension stiffening at post cracking behavior. Even if several tension stiffening models exist, they are for plain and normal strength concrete. Thus, the development of tension stiffening models for steel fibrous high strength RC members are necessary at this time when steel fiber reinforced and high strength concretes are common in use. This paper presents tension stiffening effects from experimental results on direct tension members with the main variables such as concrete strength, concrete cover depth, steel fiber quantity and aspect ratio. The comparison of existing models against experimental results indicated that linear reduced model closely estimated the test results at normal strength level but overestimated at high strength level. Discontinuity stress reduced model underestimated at both strength levels. These existing models were not valid enough in applying at steel fibrous high strength concrete because they couldn't consider the concrete strength nor section area. Thus, new tension stiffening models for high strength and steel fiber reinforced concrete were proposed from the analysis of experimental results, considering concrete strength, rebar diameter, concrete cover depth, and steel fiber reinforcement.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.41
no.4
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pp.104-112
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1999
Tensile behavior in concrete has been neglected until recently. However, the effect of tensile stresses in concrete must be considered where the member primarily carries tensile forces or when ultimate strength is affected by the cracking history. In this paper, a series of experiments were performed with a reinforced rectangular beams of 15 specimens in order to investigate the effect of tension stiffening into the nonlinear analysis and cracking behavior. The experimental results were analyzed in terms of load-deflection curves and strain fracture energy with respect to the main experimental variables such as types of specimen, strength of concrete and steel ration. The results from experiments and finite element analysis were compared in terms of load-deflection relationship and cracking pattern. The results are as follows ; The tension stffening effects of reinforced concrete beams were observedc up to yielding of members after cracking showing strain energy difference of 35 % at the beam of 0.57% steel ratio compared with that of beam ignoring the tension stiffening effect. The tension stiffening of concrete strength 400kgf/$\textrm{cm}^2$ and 600kgf/$\textrm{cm}^2$ increased by 8% and 13%, respectively, compared with that of concrete strength 200kgf/$\textrm{cm}^2$. The tension stiffening effects were greater at a ductile member rather than a brittle one. The load-deflection results of finite element analysis showed very similar results from experiment. The crack growth and pattern might be predicted from the nonlinear finite element analysis considering concrete stiffening.
Stiffened coupled shear walls (SCSW) are under axial load resulting from their weight and this axial load affects the behavior of walls because of their excessive height. In this paper, based on the continuum approach, the optimal position of the stiffening beam on the stiffened coupled shear walls is investigated considering the effect of uniformly distributed axial loads. Moreover, the effect of the height of stiffened coupled shear walls on the optimal position of the stiffening beam has been studied with and without considering the axial force effect. A computer program has been developed in MATLAB and numerical examples have been solved to demonstrate the reliability of this method. The effects of the various flexural rigidities of the stiffening beam on the internal forces and the lateral deflection of the structure considering axial force effect have also been investigated.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.635-640
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2000
This paper describes an experimental investigation on the influence of concrete strength on tension stiffening behavior. Total 6 direct tension specimens were tested with variation of concrete strengths such as 260, 620, and 820kgf/$\textrm{cm}^2$. These test results were compared with tension stiffening models of CEB-FIP Model Code. It was appeared that, as concrete strength was increasing, CEB-FIP models estimated much more tension stiffening than these test results. As the result, it would be said that the influence of concrete strength on tension stiffening was not properly taken account for in CEB-FIP model.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.141-148
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1998
An analytical model which can simulate the post-cracking behavior of reinforced concrete structures subjected to in-plane shear and normal stresses is presented. Based on the force equilibriums, compatibility conditions, and bond stress-slip relationship between steel and concrete, a criterion to simulate consider the tension-stiffening effect is proposed. The material behavior of concrete is described by an orthotropic constitutive model, and focused on the tension-compression region with tension-stiffening and compression softening effects defining equivalent uniaxial relations in the axes of orthotropy. Correlation studies between analytical results and available experimental data are conducted with the objective to establish the validity of the proposed model.
As hyperboloidal cooling towers (HCTs) growing larger and slender, they become more sensitive to gust wind. To improve the dynamic properties of HCTs and to improve the wind resistance capability, stiffening rings have been studied and applied. Although there have been some findings, the influence mechanism of stiffening rings on the dynamic properties is still not fully understood. Based on some fundamental perceptions on the dynamic properties of HCTs and free ring structures, a concept named "participation degree" of stiffening rings was proposed and the influence mechanism on the dynamic properties was illustrated. The "participation degree" is determined by the modal deform amplitude and latitude wave number of stiffening rings. Larger modal deform amplitude and more latitude waves can both result in higher participation degree and more improvement to eigenfrequencies. Also, this concept can explain and associate the pre-existing independent findings.
The objective of this study was to experimentally investigate the bond-related tension stiffening behavior of flexural reinforced concrete (RC) beams made with lightweight aggregate concrete (LWAC) under various high-cycle fatigue loading conditions. Based on strain measurements of tensile steel in the RC beams, fatigue-induced degradation of tension stiffening effects was evaluated and was, compared to reinforced normal weight concrete (NWC) beams with equal concrete compressive strengths (40 MPa). According to applied load-mean steel strain relationships, the mean steel strain that developed under loading cycles was divided into elastic and plastic strain components. The experimental results showed that, in the high-cycle fatigue regime, the tension stiffening behavior of LWAC beams was different from that of NWC beams; LWAC beams had a lesser reduction in tension stiffening due to a better bond between steel and concrete. This was reflected in the stability of the elastic mean steel strains and in the higher degree of local plasticity that developed at the primary flexural cracks.
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