A previously published multiscale model for early-age cement-based materials [Pichler, et al.2007. "A multiscale micromechanics model for the autogenous-shrinkage deformation of early-age cement-based materials." Engineering Fracture Mechanics, 74, 34-58] is extended towards upscaling of viscoelastic properties. The obtained model links macroscopic behavior, i.e., creep compliance of concrete samples, to the composition of concrete at finer scales and the (supposedly) intrinsic material properties of distinct phases at these scales. Whereas finer-scale composition (and its history) is accessible through recently developed hydration models for the main clinker phases in ordinary Portland cement (OPC), viscous properties of the creep active constituent at finer scales, i.e., calcium-silicate-hydrates (CSH) are identified from macroscopic creep tests using the proposed multiscale model. The proposed multiscale model is assessed by different concrete creep tests reported in the open literature. Moreover, the model prediction is compared to a commonly used macroscopic creep model, the so-called B3 model.
Three types of model concrete with different mix ratios for 1/10 scale reinforced concrete model were made and tested to find the best solution for the simulation of mechanical characteristics of prototype concrete. Scaled reinforcing materials in diameter(D1.8) having similar con-figuration and mechanical properties with commercial deformed bars(D19) were prepared for 1/10 scale model tests of reinforced concrete structures. Two types of model test using D1.8 model reinforcing bars and model concrete, monotonic simple beam test and cyclic cantilever beam test, were performed to ensure and check the similitude of bond behavior between 1/10 scale model and prototype. The test results showed that the flexural behavior of 1/10 scale models can be simulated with accuracy enough for practical use in monotonic and cyclic loading test.
Based on the orthotropic hypoelasticity formulation, a constitutive material model of concrete taking account of triaxial stress state is presented. In this model, the ultimate strength surface of concrete in triaxial stress space is described by the Hsieh's four-parameter surface. On the other hand, the different ultimate strength surface of concrete in strain space is proposed in order to account for increasing ductility in high confinement pressure. Compressive ascending and descending behavior of concrete is considered. Concrete cracking behavior is considered as a smeared crack model, and after cracking, the tensile strain-softening behavior and the shear mechanism of cracked concrete are considered. The proposed constitutive model of concrete is compared with some results obtained from tests under the states of uniaxial, biaxial, and triaxial stresses. In triaxial compressive tests, the peak compressive stress from the predicted results agrees well with the experimental results, and ductility response under high confining pressure matches well the experimental result. The reinforcing bars embedded in concrete are considered as an isoparametric line element which could be easily incorporated into the isoparametric solid element of concrete, and the average stress - average strain relationship of the bar embedded in concrete is considered. From numerical examples for a reinforced concrete simple beam and a structural beam type member, the stress state of concrete in the vicinity of talc critical region is investigated.
Compressive strength is one of the most important engineering properties of concrete, and testing of the compressive strength of concrete specimens is often costly and time consuming. In order to provide the time for concrete form removal, re-shoring to slab, project scheduling and quality control, it is necessary to predict the concrete strength based upon the early strength data. However, concrete compressive strength is affected by many factors, such as quality of raw materials, water cement ratio, ratio of fine aggregate to coarse aggregate, age of concrete, compaction of concrete, temperature, relative humidity and curing of concrete. The concrete compressive strength is a quite nonlinear function that changes depend on the materials used in the concrete and the time. This paper presents an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) for the prediction of concrete compressive strength. The training of fuzzy system was performed by a hybrid method of gradient descent method and least squares algorithm, and the subtractive clustering algorithm (SCA) was utilized for optimizing the number of fuzzy rules. Experimental data on concrete compressive strength in the literature were used to validate and evaluate the performance of the proposed ANFIS model. Further, predictions from three models (the back propagation neural network model, the statistics model, and the ANFIS model) were compared with the experimental data. The results show that the proposed ANFIS model is a feasible, efficient, and accurate tool for predicting the concrete compressive strength.
Numerical modeling of reinforced concrete structures is a difficult engineering problem, primarily because of the material inhomogeneity. The behaviour of a concrete element with reinforcement can be analyzed using, for example, the Barcelona model, which according to the literature, is one of the most suitable models for this purpose. This article compares the experimental data obtained for an orthotropic concrete slab band system with those predicted numerically using Concrete Damage Plasticity model. Abaqus package was used to perform the calculations.
Concrete is a composite material and at meso-level, may be assumed to be composed of three phases: aggregate, mortar-matrix and aggregate-matrix interface. It is postulated herein that although non-linear material parameters are generally used to model this composite structure by finite element method, linear elastic fracture mechanics principles can be used for modelling at the meso level, if the properties of all three phases are known. For this reason, a novel meso-mechanical approach for concrete fracture which uses the composite material model with distributed-phase for elastic properties of phases and considers the size effect according to linear elastic fracture mechanics for strength properties of phases is presented in this paper. Consequently, the developed model needs two parameters such as compressive strength and maximum grain size of concrete. The model is applied to three most popular fracture mechanics approaches for concrete namely the two-parameter model, the effective crack model and the size effect model. It is concluded that the developed model well agrees with considered approaches.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제18권1E호
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pp.35-41
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2006
It is expected that recent development of mechanical models will soon supersede previous empirical methods of detailing. In this study, a mechanical model is proposed to analyze the behavior of the anchorage zone of prestressed concrete members. The main characteristics of the proposed model lies in its rational consideration of material properties such as concrete strength in biaxial stress state and that of local zone reinforced by spirals. The shear friction strength of concrete surrounding a spiral is also considered. The computational results of the proposed model as well as the existing Strut-and-Tie model(STM) and nonlinear finite element analysis are compared with experimental results. The results of the comparison revealed that the proposed model showed better prediction of the failure mode as well as the failure load. Additionally, the proposed model also explained the three-dimensional failure mechanism very well, while other methods based on two-dimensional analysis could not do so well.
Early investigations focused mainly on manipulating the confinement effect to develop a reinforced concrete column with lateral hoops. Based on this legacy model, Li's model incorporated the additional confinement effect of a steel jacket. However, recent experiments on plain concrete cylinders with steel jackets revealed relatively large discrepancies in the estimates of strength enhancement and the post-peak behavior. Here, we describe a modified constitutive law for confined concrete with an unbonded external steel jacket in terms of three regions for the loading stage. We used a two-phase heterogeneous concrete model to simulate the uniaxial compression test of a $150mm{\times}300mm$ concrete cylinder with three thicknesses of steel jackets: 1.0 mm, 1.5 mm, and 2.0 mm. The proposed constitutive model was verified by a series of finite element analyses using a finite element program. The damaged plasticity model and extended Drucker-Prager model were applied and compared in terms of the level of pressure sensitivity for confinement in 3D. The proposed model yielded results that were in close agreement with the experimental results.
This study presents the techniques to manufacture the model concrete and model reinforcement for the 1/5-scale 3-story reinforced concrete frame. The used model concrete has sufficient workability but shows a little lower strength than expected model steel was made of commercial $\phi$3.2mm and $\phi$2.0mm wire by using deforming device and vacuum tube electric furnace. The yield strength can be simulated but it was difficult to simulate the other properties. The load cell was specially manufactured to measure the shear force in the columns of the first story. The carrying frame and the hinge adapter of artificial mass are explained. The special problems in the process of construction of model are also dressed.
Chong, Kak Tien;Gilbert, R. Ian;Foster, Stephen J.
Computers and Concrete
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제1권2호
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pp.151-168
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2004
A two-dimensional nonlinear finite element model is developed to simulate time-dependent cracking of reinforced concrete members under service loads. To predict localized cracking, the crack band model is employed to model individual crack opening. In conjunction with the crack band model, a bond-interface element is used to model the slip between concrete and reinforcing steel permitting large slip displacements between the concrete element nodes and the steel truss element nodes at crack openings. The time-dependent effects of concrete creep and shrinkage are incorporated into the smeared crack model as inelastic pre-strains in an iterative solution procedure. Two test examples are shown to verify the finite element model with good agreement between the model and the observed test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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