This paper presents an analytical model for calculation of crack widths in reinforced concrete structures. The model is mathematically derived from the actual bond stress-slip relationships between the reinforcement and the surrounding concrete, and the relationships summarized in CEB-FIP Model Code 1990 and Eurocode 2 are employed in this study together with the numerical analysis result of a linear slip distribution along the interface at the stabilized cracking stage. With these, the actual strains of the steel and the concrete are integrated respectively along the embedment length between the adjacent cracks so as to obtain the difference in the axial elongation. The model is applied to the test results available in literatures, and the predicted values are shown to be in good agreement with the experimentally measured data.
This study investigated the bond characteristics of embedded deformed steel bar in donut type biaxial hollow slabs. The donut type hollow sphere make concrete inner cover formed between steel bar and hollow sphere due to the hollow shape and arrangement. Generally, inner cover was thinner than outer cover, and some part of donut type biaxial hollow slab has smaller inner cover thickness than $2.5d_b$. It was affected to the bond condition of deformed bar. Furthermore, inner cover thickness changes along the longitudinal deformed bar due to hollow shape. Therefore, donut type hollow slab was divided 3 regions according to the hollow shape such as insufficient region, transition region, sufficient region. Pull-out test were performed to find out the effect of bond condition by the region. Main parameters are inner cover thickness, embedded length and bond location. Bond characteristics of donut type biaxial hollow slab were confirmed through comparison of bond stress-slip relationship, maximum bond strength and bond stress distribution of each regions. And the calculation method of bond strength of donut type biaxial hollow slab was suggested based on the test results.
This paper presents a unified modeling technique for tension stiffening effect in structural concrete members. The model is mathematically derived from the bond stress-slip relationships which account for splitting crack. The relationships in CEB-FIP Model Code 1990 and Eurocode 2 are employed together with the assumptions of a linear slip distribution along the interface and the uniform condition of concrete tensile contribution for the mid section of cracked member at the stabilized cracking stage. With these assumptions, a model of tension stiffening effect is proposed by accounting for the force equilibrium and strain compatibility condition associated to the steel strain and concrete contribution by bond stress. The model is applied to the test results available in literatures, and the predicted values are shown to be in good agreement with the experimentally measured behavior.
A central pullout test was conducted to investigate the bonding properties between high strength rebar and reactive powder concrete (RPC), which covered ultimate pullout load, ultimate bonding stress, free end initial slip, free end slip at peak load, and load-slip curve characteristics. The effects of varying rebar buried length, thickness of protective layer and diameter of rebars on the bonding properties were studied, and how to determine the minimum thickness of protective layer and critical anchorage length was suggested according the test results. The results prove that: 1) Ultimate pull out load and free end initial slip load increases with increase in buried length, while ultimate bonding stress and slip corresponding to the peak load reduces. When buried length is increased from 3d to 4d(d is the diameter of rebar), after peak load, the load-slip curve descending segment declines faster, but later the load rises again exceeding the first peak load. When buried length reaches 5d, rebar pull fracture occurs. 2) As thickness of protective layer increases, the ultimate pull out load, ultimate bond stress, free end initial slip load and the slip corresponding to the peak load increase, and the descending section of the curve becomes gentle. The recommended minimum thickness of protective layer for plate type members should be the greater value between d and 10 mm, and for beams or columns the greater value between d and 15 mm. 3) Increasing the diameter of HRB500 rebars leads to a gentle slope in the descending segment of the pullout curve. 4) The bonding properties between high strength steel HRB500 and RPC is very good. The suggested buried length for test determining bonding strength between high strength rebars and RPC is 4d and a formula to calculate the critical anchorage length is established. The relationships between ultimate bonding stress and thickness of protective layer or the buried length was obtained.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.53-58
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2003
Carbon fiber sheet has been used to rehabilitate many types of reinforced concrete members with its superior characteristics such as their lightweight, high strength, corrosion resistance, and easy execution. But the failure behavior of reinforced concrete members show a high variation by the bond characteristics between carbon fiber sheet and concrete surface. In this study, a bond stress-slip model, which accounts for changes in bonding behavior between concrete and carbon fiber sheet with some link elements, is proposed. The link elements are used to represent the concrete-carbon fiber sheet interface. To investigate the efficiency of this method, the analytical solutions for the behavior of reinforced concrete beam strengthened with carbon fiber sheet are compared with experimental ones. Results from the proposed model comparatively well agree with the experimental results.
Kim, Chul-Min;Park, Jong-Bum;Chang, Sung-Pil;Kim, Jee-Sang
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.2
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pp.179-186
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2010
The bond between steel and concrete in reinforced concrete members is essential to resist external load, but the bond mechanism in reinforced concrete beams deteriorated by steel corrosion has not been clearly known yet. Most existing researches have dealt with the bond behavior of corroded steel under monotonic loading, but scarce are researches dealing with bond behavior of corroded steel under repeated loading. This study includes the experimental investigation on the bond behavior with respect to the various degrees of steel corrosion under repeated loading. According to the test results, the bond strength of corroded steel under monotonic loading increases as the rate of steel corrosion increases unless the splitting crack occurs. The slip versus number of load cycles relation was found to be approximately linear in double logarithmic scale, not only in specimens without steel corrosion but also in specimens with steel corrosion. The test results also show that the steel corrosion does not negatively affect the bond strength of corroded steel after repeated loading unless the splitting crack occurs. But the fatigue life decreases sharply after splitting crack occurs. This research will be helpful for the realistic durability design and condition assessment of reinforced concrete structures.
A numerical model that can simulate the nonlinear behavior of ultra high strength fiber-reinforced concrete (UHSFRC) structures subject to monotonic loadings is introduced. Since engineering material properties of UHSFRC are remarkably different from those of normal strength concrete and engineered cementitious composite, classification of the mechanical characteristics related to the biaxial behavior of UHSFRC, from the designation of the basic material properties such as the uniaxial stress-strain relationship of UHSFRC to consideration of the bond stress-slip between the reinforcement and surrounding concrete with fiber, is conducted in this paper in order to make possible accurate simulation of the cracking behavior in UHSFRC structures. Based on the concept of the equivalent uniaxial strain, constitutive relationships of UHSFRC are presented in the axes of orthotropy which coincide with the principal axes of the total strain and rotate according to the loading history. This paper introduces a criterion to simulate the tension-stiffening effect on the basis of the force equilibriums, compatibility conditions, and bond stress-slip relationship in an idealized axial member and its efficiency is validated by comparison with available experimental data. Finally, the applicability of the proposed numerical model is established through correlation studies between analytical and experimental results for idealized UHSFRC beams.
With steel and concrete composite beams, the incomplete interaction between the steel and the concrete slab leads to an appreciable increase in beam deflections. Moreover, encased composite beams using a deep deck plate or hollow-core PC slabs are critical to deflection due to their inherent geometry. In this paper, by using the calculation tools that were developed for a previous study on the deflection of encased composite beams considering the slip effects and load-slip curve, the shear bond stress and additional deflection induced due to interface slip of the encased composite beam are presented. It was found that the slip effects significantly contribute to the encased composite beam deflections and result in stiffness reduction of up to 30% compared to that of full shear interaction beams. The predicted results were compared with the measurement of 18 specimens tested in this study, and comparisons show a high degree of accuracy, within 6%.
Development of flexural yielding and large rotation ductilities in the plastic hinge zones of frame members is synonymous with the spread of bar reinforcement yielding into the supporting anchorage. Yield penetration where it occurs, destroys interfacial bond between bar and concrete and reduces the strain development capacity of the reinforcement. This affects the plastic rotation capacity of the member by increasing the contribution of bar pullout. A side effect is increased strains in the compression zone within the plastic hinge region, which may be critical in displacement-based detailing procedures that are linked to concrete strains (e.g. in structural walls). To quantify the effects of yield penetration from first principles, closed form solutions of the field equations of bond over the anchorage are derived, considering bond plastification, cover debonding after bar yielding and spread of inelasticity in the anchorage. Strain development capacity is shown to be a totally different entity from stress development capacity and, in the framework of performance based design, bar slip and the length of debonding are calculated as functions of the bar strain at the loaded-end, to be used in calculations of pullout rotation at monolithic member connections. Analytical results are explored parametrically to lead to design charts for practical use of the paper's findings but also to identify the implications of the phenomena studied on the detailing requirements in the plastic hinge regions of flexural members including post-earthquake retrofits.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.15
no.5
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pp.465-471
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2015
This study proposed V-shaped tie bar method as an alternative of internal cross-tie for reinforced concrete columns in order to enhance the constructability and confinement effectiveness of the lateral tie bars. A total of 35 pull-out specimens were prepared with the parameters of concrete compressive strength and bending angle and embedment length of the V-shaped bar to examine the bond stress-slip relationship of the V-shaped tie bar. The bond strength of the V-shaped tie bars with the bending angle not exceeding $60^{\circ}$ was higher than the predictions obtained from the equations of CEB-FIP provision. Considering the constructability and bond behavior of the V-shpaed tie bar, the bending angle and embedment length of such bar can be optimally recommended as $45^{\circ}$ and 6db, respectively, where db is the diameter of the tie bar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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