This paper introduces an improved numerical model which can consider the bond-slip effect in steel-concrete composite structures without taking double nodes to minimize the complexity in constructing a finite element model. On the basis of a linear partial interaction theory and the use of the bond link element, the slip behavior is defined and the equivalent modulus of elasticity and yield strength for steel is derived. A solution procedure to evaluate the slip behavior along the interface of the composite flexural members is also proposed. After constructing the transfer matrix relation at an element level, successive application of the constructed relation is conducted from the first element to the last element with the compatibility condition and equilibrium equations at each node. Finally, correlation studies between numerical results and experimental data are conducted with the objective of establishing the validity of the proposed numerical model.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.4
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pp.99-107
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2022
Existing reinforced concrete building structures constructed before 1988 have seismically-deficient reinforcing details, which can lead to the premature failure of the columns and beam-column joints. The premature failure was resulted from the inadequate bonding performance between the reinforcing bars and surrounding concrete on the main structural elements. This paper aims to quantify the bond-slip effect on the dynamic responses of reinforced concrete frame models using finite element analyses. The bond-slip behavior was modeled using an one-dimensional slide line model in LS-DYNA. The bond-slip models were varied with the bonding conditions and failure modes, and implemented to the well-validated finite element models. The dynamic responses of the frame models with the several bonding conditions were compared to the validated models reproducing the actual behavior. It verifies that the bond-slip effects significantly affected the dynamic responses of the reinforced concrete building structures.
A simple expression to predict bond strength of reinforcing bars with rib deformation to the surrounding is derived for the case of splitting bond failure. Finite element analysis is used to model the confining behavior of concrete cover. The roles of the interfacial properties, specifically, the friction coefficient, cohesion, the relative rib area and the rib face angle are examined. Values of bond strength obtained using the analytical model are in good agreement with the bond test results from the previous studies. The analytical model provides insight into interfacial bond mechanisms and the effects of the key variables on the bond strength of deformed bars to concrete. Based on the comparison between the analytical results and the test results, the values of cohesion, coefficient of friction, and the effective rib face angle are proposed.
This paper presents investigation of a three-dimensional (3-D) nonlinear finite element model analysis to examine the behavior of reinforced concrete beams strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composites to enhance the flexural capacity and ductility of the beams. Three-dimensional nonlinear finite element models were developed between the internal reinforcement and concrete using a smeared relationship. In addition, bond models between the concrete surface and CFRP composite were developed using a smeared bond for general analyses and a contact bond for sensitivity analyses. The results of the FEA were compared with the experimental data on full-scale members. The results of two finite-element bonding models showed good agreement with those of the experimental tests.
Bond-slip behavior between reinforcement and concrete under push-pull cyclic loadings is numerically investigated based on a reinforcement model proposed in this paper. The equivalent reinforcing steel model considering the bond-slip effect without taking double nodes is derived through the equilibrium at each node of steel and the compatibility condition between steel and concrete. Besides a specific transformation algorithm is composed to transfer the forces and displacements from the nodes of the steel element to the nodes of the concrete element. This model first results in an effective use in the case of complex steel arrangements where the steel elements cross the sides of the concrete elements and second turns the impossibility into a possibility in consideration of the bond-slip effect in three dimensional finite element analysis. Finally, the correlation studies between numerical and experimental results under the continuously repeated large deformation stages demonstrate the validity of developed reinforcing steel model and adopted algorithms.
Realistic steel-concrete bond/slip relationships proposed in the literature are usually uniaxial. They are based on phenomenological theories of deformation and degradation mechanisms, and various pull-out tests. These relationships are usually implemented using different analytical methods for solving the differential equations of bond along the anchored portion, for particular situations. This paper justifies the concepts, and points out the assumptions underlying the construction and use of uniaxial bond laws. A finite element implementation is proposed using 2-D membrane elements. An application example on an interior beam-column joint illustrates the possibilities of this approach.
Walls are the most important vertical load-carrying elements of masonry structures. Their bond designs are different from one country to another. This paper presents the shear effects of some structural bond designs commonly used for masonry walls. Six different bond designs are considered and modeled using finite element procedures under lateral loading to examine the shear behavior of masonry walls. To obtain accurate results, finite element models are assumed in the inelastic region. Crack development patterns for each wall are illustrated on deformed meshes, and the numerical results are compared.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.2
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pp.57-66
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2021
This study develops finite element models for seismically-deficient reinforced concrete building frame retrofitted using fiber-reinforced polymer jacketing system and validates the finite element models with full-scale dynamic test for as-built and retrofitted conditions. The bond-slip effects measured from a past experimental study were modeled using one-dimensional slide line model, and the bond-slip models were implemented to the finite element models. The finite element model can predict story displacement and inter-story drift ratio with slight simulation variation compared to the measured responses from the full-scale dynamic tests.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09b
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pp.1130-1131
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2006
We found that the """interface reaction between Ni-based alloy bond, diamond, and steel core is very critical in bond strength of diamond tool. None element from metal bond diffuses into the steel core but the Fe element of steel core was easily diffused into the bond. This diffusion depth of Fe has a great effect on the bonding strength. The Cr in steel core accelerated the Fe diffusion and improved the bond strength, on the other hand, carbon decreased the strength. Ni-based alloy bond including Cr was chemically bonded with diamond by forming Cr carbide. However, the Cr and Fe in STS304 were largely interdiffused, the strength was very low. The Cr passivity layer formed at surface of STS304 made worse strength at commissure in brazing process.
FRP stay-in-place (SIP) formworks are designed as a support for casting concrete and as a tension reinforcement when concrete is cured. Bond development between SIP formwork and concrete is critical for FRP tension element to be effective. This paper reports the bond strength between FRP formwork and concrete for different interfacial treatments. A novel experimental setup is prepared for observing the bond behaviour. Three different adhesives with varying workability have been investigated. Along with the load-deformation characteristics, bond slip and strains in the formwork have been measured. A finite element numerical simulation was conducted for the experiments to understand the underlying mechanism. The results show that the adhesive bonding has the best bond strength.
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