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.
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.
The extensive usage of pretensioned prestressed concrete component in modem construe- tion as structural members mandates precise understanding of its mechanism. Especially, an adequate transfer of prestressing force from steel tendons to concrete around the end regions of the member is a critical issue. Due to the importance of the topic, several investigators have formulated equations modeling the transfer bond length based on various bonding mechanism between steel and concrete. However, the existing models are still inadequate in predicting the bond development in pretensioned prestressed concrete members. Therefore, this study presents a model of transfer bond length based on rational theory that can simulate experimental results. The model is developed into solid mechanics based structural analysis computer program. The program is validated by comparing the analysis results with experimental results of bond stress distribution, concrete strain profiles, and transfer length in pretensioned prestressed concrete members. The proposed analytical procedure in this study can be utilized as a useful tool for realistic evaluation of transfer length in pretensioned prestressed concrete members.
Steel corrosion in reinforced concrete structures leads to concrete cover cracking, reduction of bond strength, and reduction of steel cross section. Among theses consequences mentioned, reduction of bond strength between reinforcement and concrete is of great importance to study the behaviour of RC members with corroded reinforcement. In this paper, firstly, an analytical model based on smeared cracking and average stress-strain relationship of concrete in tension is proposed to evaluate the maximum bursting pressure development in the cover concrete for noncorroded bar. Secondly, the internal pressure caused by the expansion of the corrosion products is evaluated by treating the cracked concrete as an orthotropic material. Finally, bond strength for corroded reinforcing bar is calculated and compared with test results.
In this article, a developed bond-based peridynamic model for functionally graded materials (FGMs) is proposed to simulate the dynamic fracture behaviors in FGMs. In the developed bond-based peridynamic model for FGMs, bonds are categorized into three different types, including transverse directionally peridynamic bond, gradient directionally peridynamic bond and arbitrary directionally peridynamic bond, according to the geometrical relationship between directions of peridynamic bonds and gradient bonds in FGMs. The peridynamic micromodulus in the gradient directionally and arbitrary directionally peridynamic bonds can be determined using the weighted projection method. Firstly, the standard bond-based peridynamic simulations of crack propagation and branching in the homogeneous PMMA plate are performed for validations, and the results are in good agreement with the previous experimental observations and the previous phase-field numerical results. Then, the numerical study of crack initiation, propagation and branching in FGMs are conducted using the developed bond-based peridynamic model, and the influence of gradient direction on the dynamic fracture behaviors, such as crack patterns and crack tip propagation speed, in FGMs is systematically studied. Finally, numerical results reveal that crack branching in FGMs under dynamic loading conditions is easier to occur as the gradient angle decreases, which is measured by the gradient direction and direction of the initial crack.
This paper aimed to study the local bond-slip behavior between ultra-high-performance concrete (UHPC) and a reinforcing bar after exposure to high temperatures. A series of pull-out tests were carried out on cubic specimens of size 150×150×150 mm with deformed steel bar embedded for a fixed length of three times the diameter of the tested deformed bar. The experimental results of the bond stress-slip relationship were compared with the Euro-International Concrete Committee (CEB-Comite Euro-International du Beton)-International Federation for Prestressing (FIP-Federation Internationale de la Precontrainte) Model Code and with prediction models found in the literature. In addition, based on the test results, an empirical model of the bond stress-slip relationship was proposed. The evaluation and comparison results showed that the modified CEB-FIP Model code 2010 proposed by Aslani and Samali for the local bond stress-slip relationship for UHPC after exposure to high temperatures was more conservative. In contrast, for both room temperature and after exposure to high temperatures, the modified CEB-FIP Model Code 2010 local bond stress-slip model for UHPC proposed in this study was able to predict the test results with reasonable accuracy.
In this research, experimental and numerical simulations were adopted to investigate the effects of ligament angle on compressive strength and failure mode of rock-like material specimens containing two non-coplanar filled fissures under uniaxial compression. The experimental results show that with the increase of ligament angle, the compressive strength decreases to a nadir at the ligament angle of $60^{\circ}$, before increasing to the maximum at the ligament angle of $120^{\circ}$, while the elastic modulus is not obviously related to the ligament angle. The shear coalescence type easily occurred when ${\alpha}$ < ${\beta}$, although having the same degree difference between the angle of ligament and fissure. Numerical simulations using $PFC^{2D}$ were performed for flawed specimens under uniaxial compression, and the results are in good consistency with the experimental results. By analyzing the crack evolution process and parallel bond force field of rock-like material specimen containing two non-coplanar filled fissures, we can conclude that the coalescence and propagation of crack are mainly derived from parallel bond force, and the crack initiation and propagation also affect the distribution of parallel bond force. Finally, the displacement vectors in ligament region were used to identify the type of coalescence, and the results coincided with that obtained by analyzing parallel bond force field. These experimental and numerical results are expected to improve the understanding of the mechanism of flawed rock engineering structures.
The concept of stress wave was introduced through the quantized kinetic energy which is related to the potentional energy change of atom, molecular bond energy. Differentiated molecular bond energy $\varphi$() by the lst order displacement u becomes force F(F = d$\varphi$($u_i$)/du), if resversely stated, causing physically atomic displacement $u_i$. Such physical phenomena lead stress(force/area of applied force) can be expressed by wave equation of linearly quantized physical property. Through the stress wave concept, formation of dislocation, which could not explained easily from a theory of continuum mechanics, can be explained. Moreover, this linearly quantized stress wave equation with a stress concept for grains in a crystalline solid was applied to three typical metallic microstructures and a simple shape. The result appears to be a product from well treated equations of a quantized stress wave. From this result, it can be expected to answer the reason why the defect free and very fine diameters of long crystalline shapes exhibit ideal tensile strength of materials.
Several reinforced concrete structures that get deteriorated by rebar corrosion are retrofitted using Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). When rebar comes in direct contact with CFRP, rebar may corrode, as iron is more active than carbon. Progression of corrosion of rebar in strengthened RC structures has been carried out when rebar comes in direct contact with CFRP. The experimentation is carried out in two phases. In phase I, corrosion of bare steel bar is monitored by making its contact with CFRP. In phase II, concrete specimens with surface bonded CFRP were casted and subjected to the realistic exposure conditions keeping direct contact between rebar and CFRP. Progression of corrosion has been monitored by various parameters: Half-cell potential, Tafel extrapolation and Linear Polarisation Resistance. On termination of exposure, to find residual bond stress between rebar and concrete, pull-out test was performed. Rebar in contact with CFRP has shown substantially higher corrosion. The level of corrosion will be more with more area of contact.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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