Ferrotto, Marco F.;Cavaleri, Liborio;Trapani, Fabio Di
Computers and Concrete
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제22권2호
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pp.143-152
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2018
This paper deepens the finite element modeling (FEM) method to reproduce the compressive behavior of partially steel-jacketed (PSJ) RC columns by means of the Concrete Damaged Plasticity (CDP) Model available in ABAQUS software. Although the efficiency of the CDP model is widely proven for reinforced concrete columns at low confining pressure, when the confinement level becomes high the standard plasticity parameters may not be suitable to obtain reliable results. This paper deals with these limitations and presents an analytically based strategy to fix the parameters of the Concrete Damaged Plasticity (CDP) model. Focusing on a realistic prediction of load-bearing capacity of PSJ RC columns subjected to monotonic compressive loads, a new strain hardening/softening function is developed for confined concrete coupled with the evaluation of the dilation angle including effects of confinement. Moreover, a simplified efficient modeling approach is proposed to take into account also the response of the steel angle in compression. The prediction accuracy from the current model is compared with that of existing experimental data obtained from a wide range of mechanical confinement ratio.
Kalyana Rama, J.S.;Chauhan, D.R.;Sivakumar, M.V.N;Vasan, A.;Murthy, A. Ramachandra
Structural Engineering and Mechanics
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제64권1호
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pp.59-69
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2017
The field of fracture mechanics has gained significance because of its ability to address the behaviour of cracks. Predicting the fracture properties of concrete based on experimental investigations is a challenge considering the quasi-brittle nature of concrete. So, there is a need for developing a standard numerical tool which predicts the fracture energy of concrete which is at par with experimental results. The present study is an attempt to evaluate the fracture energy and characteristic length for different grades of concrete using Concrete Damage Plasticity (CDP) model. Indian Standard and EUROCODE are used for the basic input parameters of concrete. Numerical evaluation is done using Finite Element Analysis Software ABAQUS/CAE. Hsu & Hsu and Saenz stress-strain models are adopted for the current study. Mesh sensitivity analysis is also carried to study the influence of type and size of elements on the overall accuracy of the solution. Different input parameters like dilatation angle, eccentricity are varied and their effect on fracture properties is addressed. The results indicated that the fracture properties of concrete for various grades can be accurately predicted without laboratory tests using CDP model.
This study presents a random-aggregate mesoscale model integrating the random distribution of the coarse aggerates and the damage mechanics of the mortar and interfacial transition zone (ITZ). This mesoscale model can generate the random distribution of the coarse aggregates according to the prescribed particle size distribution which enables the automation of the current methodology with different coarse aggregates' distribution. The main innovation of this work is to propose the "correction factor" to eliminate the dimensionally dependent mesh sensitivity of the concrete damaged plasticity (CDP) model. After implementing the correction factor through the user-defined subroutine in the randomly meshed mesoscale model, the predicted fracture resistance is in good agreement with the average experimental results of a series of geometrically similar single-edge-notched beams (SENB) concrete specimens. The simulated cracking pattern is also more realistic than the conventional concrete material models. The proposed random-aggregate mesoscale model hence demonstrates its validity in the application of concrete fracture failure and statistical size effect analysis.
In this study, the behavior of the number of anchorage bolts on the glass-fiber reinforced polymer (GFRP) plates adhered to the surfaces of reinforcing concrete (RC) T-beams was investigated analytically. The analytical results were compared to the test results in term of shear strength, and midpoint displacement of the beam. The modelling of the beams was conducted in ABAQUS/CAE finite element software. The Concrete Damaged Plasticity (CDP) model was used for concrete material modeling, and Classical Metal Plasticity (CMP) model was used for reinforcement material modelling. Model-1 was the reference specimen with enough sufficient shear reinforcement, and Model-2 was the reference specimen having low shear reinforcement. Model-3, Model-4 and Model-5 were the specimens with lower shear reinforcement. These models consist of a single variable which was the number of anchorage bolts implemented to the GFRP plates. The anchorage bolts of 2, 3, and 4 were mutually mounted on each GFRP plates through the beam surfaces for Model-3, Model-4, and Model-5, respectively. It was found that Model-1, Model-3, Model-4 and Model-5 provided results approximately equal to the test results. The results show that the shear strength of the beams increased with increasing of anchorage numbers. While close results were obtained for Model-1, Model-3, Model-4 and Model-5, in Model-2, the rate of increase of displacement was higher than the increase of load rate. It was seen, finite element based ABAQUS program is inadequate in the modeling of the reinforced concrete specimens under shear force.
This paper presents numerical modeling of the structural behavior of CFRP (carbon fiber reinforced polymer) strengthened RC (reinforced concrete) beams under four-point bending. Simulation of debonding at the CFRP-concrete interface was focused, as it is the main failure mode of CFRP strengthened RC beams. Here, cohesive layer was employed to model the onset of debonding, which further helps to describe the post debonding behavior of the CFRP strengthened RC beam. In addition, the XFEM approach was applied to investigate the effects of crack localization on strain field on CFRP sheet and rebar. The strains obtained from the XFEM correlate better to the test results than that from CDP (concrete damaged plasticity) model. However, there is a large discrepancy between the experimental and simulated loaddisplacement relationships, which is due to the simplification of concrete constitutive law.
본 연구에서는 천공된 웨브를 가진 FRP판을 거푸집 및 보강재로 활용한 퍼포본드 FRP-콘크리트 합성보의 휨/전단 거동 특성을 해석적인 방법으로 거동특성을 파악한다. 기존 실험결과와 비교하여 그 유용성을 입증하고 차후 실무에 활용하고자 한다. 본 사례와 같이 비선형성이 매우 큰 경우에는 외연적 방법에 의한 비선형 유한요소해석이 효과적일 것이다. 본 연구에서 채택한 콘크리트손상소성(concrete damage plasticity: CDP)모델은 콘크리트의 비선형적 거동을 적절히 모사할 수 있는 것으로 사료되며, 모델에서 필요한 여러 변수 인자의 결정은 실험결과와 비교하여 연구에서 사용한 값들을 추천하나, 보다 다양한 케이스에 대한 검토 및 조정이 필요할 것이다. 웨브가 천공된 합성보의 퍼포본드의 효과는 초기강성의 확보 측면에서 다소 효과가 있는 것으로 판단되나 정점에서의 경우 단면 손실과 결합력 증진 효과를 적절히 안배해야 할 것으로 사료된다. FRP 판과 콘크리트의 미끄러짐 등의 접촉문제는 초기 강성이 실험결과보다 다소 크게 나타난 이유 중에 하나라 판단되며 정점 이후 콘크리트와 FRP 의 분리문제 등이 실험결과와 다소 차이를 보인 원인으로 생각한다.
To study the eccentric compression behavior of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) columns, six UHPFRC columns and one high-strength concrete (HSC) column were tested. Variation parameters include load eccentricity, volume of steel fibers and stirrup ratio. The crack pattern, failure mode, bearing capacity, and deformation of the specimens were studied. The results showed that the UHPFRC columns had different failure modes. The large eccentric compression failure mode was the longitudinal tensile reinforcements yielded and many horizontal cracks appeared in the tension zone. The small eccentric compression failure mode was the longitudinal compressive reinforcements yielded and vertical cracks appeared in the compressive zone. Because of the bridging effect of steel fibers, the number of cracks significantly increased, and the width of cracks decreased. The load-deflection curves of the UHPFRC columns showed gradually descending without sudden dropping, indicating that the specimens had better deformation. The finite element (FE) analysis was performed to stimulate the damage process of the specimens with monotonic loading. The concrete damaged plasticity (CDP) model was adopted to characterize the behaviour of UHPFRC. The contribution of the UHPFRC tensile strength was considered in the bearing capacity, and the theoretical calculation formulas were derived. The theoretical calculation results were consistent with the test results. This research can provide the experimental and theoretical basis for UHPFRC columns in engineering applications.
Due to higher stiffness to weight, higher corrosion resistance, higher strength to weight ratios and good durability, concrete composite structures provide many advantages as compared with conventional materials. Thus, they have wide applications in the field of concrete construction. This research focuses on the structural behavior of steel-tube CFRP confined concrete (STCCC) columns under axial concentric loading. A nonlinear finite element analysis (NLFEA) model of STCCC columns was simulated using ABAQUS which was then, calibrated for different material and geometric models of concrete, steel tube and CFRP material using the experimental results from the literature. The comparative study of the NLFEA predictions and the experimental results indicated that the proposed constitutive NLFEA model can accurately predict the structural performance of STCCC columns. After the calibration of NLFEA model, an extensive parametric study was performed to examine the effects of different critical parameters of composite columns such as; (i) unconfined concrete strength, (ii) number of CFRP layers, (iii) thickness of steel tube and (iv) concrete core diameter, on the axial load capacity. Furthermore, a large database of axial strength of 700 confined concrete compression members was developed from the previous researches to give an analytical model that predicts the ultimate axial strength of composite columns accurately. The comparison of the predictions of the proposed analytical model was done with the predictions of 216 NLFEA models from the parametric study. A close agreement was represented by the predictions of the proposed constitutive NLFEA model and the analytical model.
Hemu Karira;Dildar Ali Mangnejo;Aneel Kumar;Tauha Hussain Ali;Syed Naveed Raza Shah
Geomechanics and Engineering
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제32권4호
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pp.427-443
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2023
Across the globe, rapid urbanization demands the construction of basements for car parking and sub way station within the vicinity of high-rise buildings supported on piled raft foundations. As a consequence, ground movements caused by such excavations could interfere with the serviceability of the building and the piled raft as well. Hence, the prediction of the building responses to the adjacent excavations is of utmost importance. This study used three-dimensional numerical modelling to capture the effects of twin excavations (final depth of each excavation, He=24 m) on a 20-storey building resting on (4×4) piled raft. Because the considered structure, pile foundation, and soil deposit are three-dimensional in nature, the adopted three-dimensional numerical modelling can provide a more realistic simulation to capture responses of the system. The hypoplastic constitutive model was used to capture soil behaviour. The concrete damaged plasticity (CDP) model was used to capture the cracking behaviour in the concrete beams, columns and piles. The computed results revealed that the first excavation- induced substantial differential settlement (i.e., tilting) in the adjacent high-rise building while second excavation caused the building tilt back with smaller rate. As a result, the building remains tilted towards the first excavation with final value of tilting of 0.28%. Consequently, the most severe tensile cracking damage at the bottom of two middle columns. At the end of twin excavations, the building load resisted by the raft reduced to half of that the load before the excavations. The reduced load transferred to the piles resulting in increment of the axial load along the entire length of piles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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