A bond graph modeling approach which is equivalent to a finite element method is formulated in the case of the piezoelectric thickness vibrator. This formulation suggests a new definition of the generalized displacements for a continuous system as well as the piezoelectric thickness vibrator. The newly defined coordinates are illustrated to be easily interpreted physically and easily used in analysis of the system performance. Compared to the Mason equivalent circuit model, the bond graph model offers the primary advantage of physical realizability. Compared to circuit models based on standard discrete electrical elements, the main advantage of the bond graph model is a greater physical accuracy because of the use of multiport energic elements. While results are presented here for the thickness vibrator, the modeling method presented is general in scope and can be applied to arbitrary physical systems.
A new analytical model is proposed to better understand the transfer bond performance in a
prestressed pretensioned concrete beam. The transfer length is divided into an elastic and a plas
tic zones in this model. The bond stress is assumed t.o increase proportionally with the slip t.o the
lirnit of maximum bond stress within the elastic zone and remains at a constant maximum value
wthin the plastic zone. Four main stress patterns: bond stress, slip, steel stress, and concrete
stress distributions within the transfer length are obtained precisely. The total transfer length
al\ulcornerd free-end slip obtained here give a close comparison to the test results by Cousins et al.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.185-188
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2005
Bond between reinforcing bar and surrounding concrete is supposed to transfer load safely in the process of design of reinforced concrete structures. Bond strength of ribbed reinforcing bars tends to split concrete cover, by wedging action, or shear the concrete in front of the ribs. In this study, using a reducing bearing angle theory, bond strengths of beam end specimen are predicted. Values of bond strength obtained using the analytical model are in good agreement with the bond test results. The analytical model provides insight into bond mechanism and the effects of bearing angle on the bond strength of deformed bars to concrete.
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.
Recently, the external bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets has come to be regarded as a very effective method for strengthening of reinforced concrete structures. The behavior of CFRP-strengthened RC structure is mainly governed by the interfacial behavior, which represents the stress transfer and relative slip between concrete and the CFRP sheet. In this study, the effects of bonded length, width and concrete strength on the interfacial behavior are verified and a bond-slip model is proposed. The proposed bond-slip model has nonlinear ascending regions and exponential descending regions, facilitated by modifying the conventional bilinear bond-slip model. Finite element analysis results of interface element implemented with bond-slip model have shown good agreement with the experimental results performed in this study. It is found that the failure load and strain distribution predicted by finite element analysis with the proposed bond-slip are in good agreement with results of experiments.
CFT column has excellent structural properties due to the composite action between concrete and steel tube. The bond behavior between the constituent elements has to be found for analyzing the behavior of CFT column. A new model is necessary because most of existing models for bond stress-slip relationship of the deformed bar cannot be applied to the CFT column. Therefore, the objective of this research is to develop a new model related to the bond behavior of CFT column considering the relation between bond stress and vertical stress, and the distribution of lateral stress under the confinement created by steel casing. From equilibrium condition, the formula for relationship between bond stress and vertical stress is derived, and the relationship for the lateral stresses of the CFT column section is obtained by an Airy stress function. The experiments are performed for five CFT column specimens axially loading on concrete alone. The relation between bond strength and lateral stress is investigated from the regression analysis using the measured strains. Finally a new bond strength model is proposed, which is able to predict the relationship for the stress of each direction of CFT column loading on concrete.
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.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.1
no.1
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pp.37-43
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2007
This paper discusses the failure mode of reinforced concrete beams strengthened with composite materials based on six experimental set-ups to determine the FRP-to-concrete bond strength. Interfacial bond behavior between concrete and CFRP plates was discussed. Shear test were performed with different concrete compressive strengths (21 MPa and 28 MPa) and different bonding length (100 mm, 150 mm, 200 mm, and 250 mm). Shear test results indicate that the effective bond length (the bond length beyond which the ultimate load does not increase) was estimated as $196{\sim}204\;mm$ through linear regression analysis. Failure mode of specimens occurred due to debonding between concrete and CFRP plates. Maximum bond stress is calculated as about $3.0{\sim}3.3\;MPa$ from the relationships between bond stress and slip. Finally, the interfacial bond-slip model between CFRP plates and concrete, which is governed debonding failure, has been estimated from shear tests. Average bond stress was about $1.86{\sim}2.04\;MPa$, the volume of slip between CFRP plate and concrete was about $1.45{\sim}1.72\;mm$, and the fracture energy was found to be about $1.35{\sim}1.71\;N/mm$.
The bonding efficacy of steel I-section embedded in metakaolin-fly ash-based geopolymer concrete (MK-FA-GC) was investigated in this study. Push-out tests were conducted on nine column specimens to evaluate the influence of compressive strength of concrete, embedded length of steel I-section, thickness of concrete cover, and stirrup ratio on the bond performance. Failure patterns, load-slip relationships, bond strength, and distribution of bond stress among the specimens were analyzed. The characteristic bond strength of geopolymer concrete (GC) increased with higher compressive strength, longer embedded steel section length, thicker concrete cover, and larger stirrup ratio. Empirical formulas for bond strength at the loading end were derived based on experimental data and a bond-slip constructive model for steel-reinforced MK-FA-GC was proposed. The calculated bond-slip curves showed good agreement with experimental results. Furthermore, numerical simulations using ABAQUS software were performed on column specimens by incorporating the suggested bond-slip relationship into connector elements to simulate the interface behavior between MK-FA-GC and the steel section. The simulation results showed a good correlation with the experimental findings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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