Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.6
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pp.283-292
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2015
In the moment frame subjected to earthquake loads, beam-column joint is structurally important for ductile behavior of a system. ACI Committee 352 proposed guidelines for designing beam-column joint details. The guidelines, however, need to be updated because of the lack of data regarding several factors that may improve the performance of joints. The purpose of this study is to investigate the seismic performance of reinforced concrete exterior joints with high-strength materials and unbonded tendons. Three specimens with different joint shear demand-to-strength ratios were constructed and tested, where headed bars were used to anchor the beam bars into the joint. All specimens showed satisfactory seismic behavior including moment strength of 1.3 times the nominal moment, ductile performance (ductility factor = at least 2.4), and sufficiently large dissipated energy.
The external, unbonded prestressed concrete(PSC) members exhibit very different structural behavior from that of internal bonded PSC members because of eccentricity change and slip occurrence during loading process. The purpose of the present study is to propose the ultimate failure stresses of prestressing (PS) steels for those external unbonded PSC members. To this end, a comprehensive analysis has been made using the nonlinear finite element analysis program developed recently for external unbonded PSC members by authors. A series of major influencing variables have been included in the analysis. It was found that the span-depth ratio, neutral axis depth-effective depth ratio, load geometry, amount of ordinary steel, and prestressing steel ration have great influence for the ultimate failue stress of PS steel is preposed and is compared with experimental dat as well as existing formulas for internal unbonded members. The Comparison indicates that the proposed equation agrees relatively well with experimental data and that existing formulas including ACI and AASHTO equations show some discrepancies from experimental ones. The present study allows more realistic analysis and design of prestressed concrete structures with external unbonded tendons.
Recently, the external prestressed concrete structures are increasingly being built. The mechanical behavior of prestressed concrete beams with external tendon is different from that of normal bonded PSC beams in that the increment of tendon stress was derived by whole member behavior. By this reason, the ultimate stress of external tendon is smaller than that of bonded tendon or internal unbonded tendon. The purposes of the present paper are therefore to improve the mechanical behavior of external unbonded tendon by using partially bonded external tendon and to evaluate the flexural behavior of partially bonded external tendon by the flexural member experiment. From the experimental results, before flexural cracking, there was no difference between external unbonded, partially bonded and bonded tendons. However, after cracking, yielding load of reinforcement, ultimate load, and tendon stress were increased in the sequence of external unbonded, partially bonded and bonded tendon members. The equation of ACI-318 and AASHTO 1994 were not matched with test results and had no correlations. So the newly proposed equation will be needed including the consideration of tendon profile, tendon bonded type, and so on. The proposed partially bonded external tendon in this paper will be a effective basis for the evaluation of external tendons in construction and design.
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.
The prestressed concrete continuous members with unbonded tendons were investigated while
comparing the experimental data with the analytical results. The comparison was carried out
with the program TAPS which can take into account the unbonded tendon effects. The subjects
that were interested included the load-deflection response, the design equations for the tendon
stress at failure, the effects of bonded reinforcements, the effects of span-depth ratio, the effects
of loading type. In this paper, contiriuous prestressed concrete members with unbonded ten
dons were investigated. Of twelve tests with continuous members, six were two-span beams and
six were three span one-way slats. Analytical results were compared favorably with experimental
data and disclosed that the tendon stress at flexural failure is the function of the amount of
bonded reinforcements, the loading types and patterns, and the tendon profile.
To investigate the mechanical behavior of unbonded prestressed reinforced concrete (PRC) beam with high-strength spiral stirrups, the shear capacity formula of the beam was proposed in this study based on modified variable angle truss and arch models. Considering the effect of the spiral stirrups and unbonded tendons, the theoretical formula of the shear capacity of the beam was derived. Furthermore, the coefficients related to the formula, such as the equivalent angle and stress of spiral stirrups, the ratio of shear span to effective depth, and the concrete compression zone depth of the arch model were determined. The complicated theoretical formula was further simplified for ease of use by engineers. In addition, the finite element model of the PRC beam was established and verified by test data. The additional FE model of PRC beam with spiral stirrups was established and parametric analysis was carried out. Finally, the proposed formula was validated by numerical results of the beam with spiral stirrups. The calculated values of the formula are in good agreement with the numerical simulation data. This study may enrich the understanding of the shear capacity of the unbonded PRC beam with high-strength spiral stirrups.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.1045-1048
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2008
Fiber reinforced polymer (FRP) usually exhibits inherent brittleness under tensile stress. Application of FRP tendons to concrete beam leads to undesirable flexural behavior due to limited ductility compared to prestressed concrete beam with steel tendons. It has been experimentally observed that partial improvement of flexural behavior can be achieved by releasing FRP tendons' strain by unbonding FRP tendons. In order to estimate and apply the degree of improvement to the design, reasonable yet practical model predicting flexural strength as well as overall flexural behavior of unbonded FRP prestressed concrete beam is needed. In this study, an elaborated model in describing curvature distributions and flexural strength at ultimate stage of unbonded FRP tendons is described. There have been close agreements on the flexural strength of the FRP prestressed concrete beam between the predictions by nonlinear computer program and by the model.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.425-434
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2016
In this experimental study, six post-tensioned light weight concrete (LWC) continuous one-way slabs were tested in the following manner: the flexural behaviors of the members were compared with the calculations from the existing standards. The test also examined the effect of prestressing in tendons and proper prestress conditions to reduce the deflection and crack width, and to enhance the flexural capacity and ductility of LWC members. Flexural capacity and stress increments in unbonded tendons of the specimens were compared with those of the simply supported normal and the lightweight concrete members. The suggested safety limit from the American Concrete Institute (ACI) regulation on the maximum capacity and the stress incremental in unbonded tendons were also compared with the test results under simple and continuous supporting conditions.
Seven post-tensioned lightweight concrete (LWC) beam specimens were tested under a symmetrical two-point top loading system. The parameters investigated were the amounts of mild longitudinal reinforcement and effective prestressing. The design compressive strength and dry density of the LWC tested were 30 MPa and 1,770 $kg/m^3$, respectively. Similar to post-tensioned normal weight concrete (NWC) beams, the crack propagation and stress increase of the unbonded tendons were significantly affected by the amounts of mild longitudinal reinforcement and effective prestressing. With the increase in the amounts of mild longitudinal reinforcement and effective prestressing, the serviceability and flexural capacity of the beams were enhanced whereas the stress increase in the unbonded tendons decreased. To control the crack width in post-tensioned LWC beams, a minimum amount of mild longitudinal reinforcement specified in ACI 318-08 provision is required. The flexural behavior of post-tensioned LWC beams and stress increase of the unbonded tendons could be rationally predicted by the proposed non-linear two-dimensional analysis. On the other hand, ACI 318-08 flexure provision was too conservative about the post-tensioned LWC beams.
It is quite difficult to predict the flexural strength of post-tensioned members with unbonded tendons (unbonded posttensioned members, UPT members) because of debonding behavior between concrete and prestressing tendons, which is different from that with bonded tendons. Despite many previous researches, our understanding on the flexural strength of UPT members is still insufficient, and thus, national codes use different methods to calculate the strength, which quite often give very different results. Therefore, this paper reviews various existing methods, and aims at proposing an improved rational strength model for UPT flexural members having better accuracy. Additionally, a database containing a large number of test data on UPT flexural members has been established and used for verification of the proposed flexural strength model. The analysis results show that the proposed method provides much better accuracy than many existing methods including the rigid-body model that utilizes the assumption of concentrated deformation and plastic hinge length, and that it also gives proper consideration on the effects of primary parameters such as reinforcement ratio, loading pattern, concrete strength, etc. Especially, the proposed method also well predicts the ultimate stress of unbonded tendons of over-reinforced members, which are often possible in construction fields, and high strength concrete members.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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