In this study, a numerical model for the simulation of reinforced concrete columns subject to cyclic loading is presented. The model consists of three separate models representing concrete, reinforcing steel bars and bond-slip between a reinforcing bar and ambient concrete. The concrete model is represented by the plane stress plastic-damage model and quadrilateral finite elements. The nonlinear steel bar model embedded in truss elements is used for longitudinal and transverse reinforcing bars. Bond-slip mechanism between a reinforcing bar and ambient concrete is discretized using connection elements in which the hysteretic bond-slip link model defines the bond stress and slip displacement relation. The three models are connected in finite element mesh to represent a reinforced concrete structure. From the numerical simulation, it is shown that the proposed model effectively and realistically represents the overall cyclic behavior of a reinforced concrete column. The present plastic-damage concrete model is observed to work appropriately with the steel bar and bond-slip link models in representing the complicated localization behavior.
Park, Sung-Moo;Kang, Joo-Won;Kim, Won-Ho;Lee, Hyung-Seok
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.2
no.4
s.6
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pp.53-60
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2002
An analytic study on the bond stress between steel tube and concrete in concrete filled steel(CFT) rectangular column is presented in this paper. Recently buildings need members which are enhanced durability and ductility. Concrete filled rectangular column system is proposed as alternative plan. In this paper, ABAQUS/Standard Version 5.8 which is identified as usefulness for finite element analysis and has various element library is used. The variables in this study are the location and type of shear-connector. The modeling on contact problem practiced by Contact Pair and Contact Pressure method. In the step of physical bond, it is practiced by Change friction option After yielding of models, analytic results is less than that of experimental results.
A macro-element model is developed to account for shear deformation and bond slip of reinforcement bars in the beam-column joint region of reinforced concrete structures. The joint region is idealized by two springs in series, one representing shear deformation and the other representing bond slip. The softened truss model theory is adopted to establish the shear force-shear deformation relationship and to determine the shear capacity of the joint. A detailed model for the bond slip of the reinforcing bars at the beam-column interface is presented. The proposed macro-element model of the joint is validated using available experimental data on beam-column connections representing exterior joints in ductile and nonductile frames.
The strengthening of reinforced concrete structures using externally bonded steel or advanced fibre reinforced plastic (FRP) composites is becoming increasingly common. A key factor affecting the behaviour and reliability of such strengthened structures is the bond strength between the steel or FRP plate and the concrete substrate. Several different experimental set-ups have previously been used to determine bond strength. This paper presents a careful finite element analysis of the stress distributions in these test set-ups. Results show that stress distributions can be significantly different for different set-ups, for similar materials and geometry.
Frank, Timothy E.;Lepech, Michael D.;Billington, Sarah L.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.305-317
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2018
Steel reinforced Engineered Cementitious Composite (ECC) components have been proposed for seismic structural applications, for example in coupling beams, infill panels, joints, columns, and flexural members. The development of strain in the steel reinforcement of cementitious components has been shown to vary based on both the steel reinforcement ratio and the applied deformation history. Strain in the steel reinforcement of reinforced ECC components is an important structural response metric because ultimate failure is often by fracture of the steel reinforcement. A recently proposed bond-slip model has been successfully calibrated to cyclically tested reinforced ECC beams wherein the deformation history contained monotonically increasing cycles. This paper reports simulations of two-dimensional finite element models of reinforced ECC beams to determine the appropriateness and significance of altering a phenomenological bond-slip model based on the applied deformation history. The numerical simulations with various values of post-peak bond-slip softening stiffness are compared to experimental results. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness had little effect on the cracking patterns and hysteretic response of the reinforced ECC flexural models tested, which consisted of two different steel reinforcement ratios subjected to two different deformation histories. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness did, however, affect the magnitude of strain and the length of reinforcing bar that strain-hardened. Overall, a numerical model with a constant bond-slip model represented well various responses in reinforced ECC beams with multiple steel reinforcement ratios subjected to different deformation histories.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1991.04a
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pp.65-68
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1991
Finite element analysis is used to study the role of interfacial properties on the bond strength of reinforcing steel to concrete. Specifically, the role played by epoxy coatings on the failure of standard beam-end specimens is explored. Experimental results show that epoxy coatings reduce bond strength, but that the effect is dependent on the bar size and the deformation pattern. The finite element model for the beam-end specimen includes representations for the deformed steel bar, the concrete, and the interfacial material. The interface elements can be varied to match the stiffness and friction properties of the interfacial material. Cracking within the concrete is represented using Hillerborg's ficticious crack model. The model is used to study important aspects or behavior observed in the tests and to provide an explanation for the effect of the various test parameters.
The strength of lumped cokes can be represented by some index numbers. Although some indexes are suggested, these indexes are not enough to enlighten fracture mechanism. To find essential mechanism, a computational way, discrete element method, is applied to the uniaxial compression test for cylindrical specimen. The cylindrical specimen is a kind of lumped particle mass with parallel bonding that will be broken when the normal stress and shear stress is over a critical value. It is revealed that the primary factors for cokes fracture are parallel spring constant, parallel bond strength, bonding radius and packing ratio the parallel bond strength and radius of the parallel combination the packing density. Especially, parallel spring constant is directly related with elastic constant and yield strength.
In this study, 2-mm Al/Cu bimetallic laminates were produced using asymmetric roll bonding (RB) process. The asymmetric RB process was carried out with thickness reduction ratios of 10%, 20% and 30% and mismatch rolling speeds 1:1, 1:1.1 and 1:1.2, separately. For various experimental conditions, finite element simulation was used to model the deformation of bimetallic Al/Cu laminates. Specific attention was focused on the bonding strength and bonding quality of the interface between Al and Cu layers in the simulation and experiment. The optimization of mismatch rolling speed ratios was obtained for the improvement of the bond strength of bimetallic laminates during the asymmetric RB process. During the finite element simulation, the plastic strain of samples was found to reach the maximum value with a high quality bond for the samples produced with mismatch rolling speed 1:1.2. Moreover, the peeling surfaces of samples around the interface of laminates after the peeling test were studied to investigate the bonding quality by scanning electron microscopy.
In the stability and sensitivity design and diagnosis approaches, there are various methodologies available. Bond graph modeling by lumping technique is one of the universal methodologies in methodical analysis used by many researchers in all over the world. The accuracy of the method is validated in different arenas. Bond graphs are a concise, pictorial representation of the energy storage, dissipation and exchange mechanisms of interacting dynamic systems, subsystems and components. This paper proposes a bond graph modeling for distributed parameter systems using lumping techniques. Therefore, a steel frame structure was modeled to analyze employing bond graph modeling of distributed system using lumping technique. In the analytical part, the effectiveness of bond graphs to model this system is demonstrated. The dynamic responses of the system were computed and compared with those computed from the finite element analysis. The calculated maximum deflection time histories were found to be comparable. The sensitivity and the stability of the steel frame structure was also studied in different aspects. Thus, the proposed methodology, with its simplicity, can be used for stability and sensitivity analyses as alternative to finite element method for steel structures. The major value brought in the practical design is the simplicity of the proposed method for steel structures.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1992.04a
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pp.74-79
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1992
The confinement of concrete from splitting bond failure is studied with the experiments and finite element models. The cracks in the test beam-end specimens containing various covers show a typical splitting failure with a dominant fracture surface. The finite element model includes representation of the splitting cracking using Hillerborg's fictitious crack model. The increase in bond strength from addition of covers are consistant for both test bars and numerical models. The numerical solution agrees well with results and also with the test results and also with the empirical equations. The splitting crack in the numerical models generally matches the crack surface observed in the laboratory. The confinement of concrete from splitting is one of the governing factors in the ultimate bond force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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