Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.145-152
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2003
This paper develops a relatively comprehensive and sophisticated constitutive model of concrete for finite element analysis of concrete structures. The present model accounts for the hydrostatic pressure sensitivity and Lode angle dependence behavior of concrete, not only in its strength criterion, but also in its hardening characteristics. The implementation is carried out through incorporating the developed concrete model in User Subroutine Material(UMAT) of the general-purpose FE program ABAQUS(v.5.8). It is found that the model can sufficiently predict the hardening as well as the softening behaviour of concrete under high confining pressure.
Kim, Kukjoo;Chun, Sanghyun;Park, Bongsuk;Tia, Mang
International Journal of Highway Engineering
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v.19
no.1
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pp.37-44
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2017
PURPOSES : This study is primarily focused on evaluating the effects of the non-linear stress-strain behavior of RAP concrete on structural response characteristics as is applicable to concrete pavement. METHODS : A 3D FE model was developed by incorporating the actual stress-strain behavior of RAP concrete obtained via flexural strength testing as a material property model to evaluate the effects of the non-linear stress-strain behavior to failure on the maximum stresses in the concrete slab and potential performance prediction results. In addition, a typical linear elastic model was employed to analyze the structural responses for comparison purposes. The analytical results from the FE model incorporating the actual stress-strain behavior of RAP concrete were compared to the corresponding results from the linear elastic FE model. RESULTS : The results indicate that the linear elastic model tends to yield higher predicted maximum stresses in the concrete as compared to those obtained via the actual stress-strain model. Consequently, these higher predicted stresses lead to a difference in potential performance of the concrete pavement containing RAP. CONCLUSIONS : Analysis of the concrete pavement containing RAP demonstrated that an appropriate analytical model using the actual stress-strain characteristics should be employed to calculate the structural responses of RAP concrete pavement instead of simply assuming the concrete to be a linear elastic material.
Park, Jae-Guen;Lee, Heon-Min;Sung, Dae-Jung;Choi, Jung-Ho;Shin, Hyun-Mock
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.261-264
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2008
When the concrete is confined to width direction, stress-strain curve of concrete are different from the uniaxial behavior. In case of normal strength concrete, Mander model are used with concrete material model which considers confining effect. Sakino-Sun model showed experimental result of specimen-level and the highest accuracy. Therefore, Normal strength concrete used Mander model. and High strength concrete used Sakino-Sun model. But there are significant differences from actual data when medium strength concrete used Mander or Sakino-Sun model. and Limit scope of maximum or minimum compressive strength of concrete is not clear when applied to two models. Therefore, In this research, material nonlinear model of confined concrete is suggested when concrete which has 30-40MPa's strength is confined to width direction.
Uncertainty in concrete properties, including concrete modulus of elasticity and modulus of rupture, are predicted by developing a microstructural homogenization model. The homogenization model is developed by analyzing a concrete representative volume element (RVE) using the finite element (FE) method. The concrete RVE considers concrete as a three phase composite material including: cement paste, aggregate and interfacial transition zone (ITZ). The homogenization model allows for considering two sources of variability in concrete, randomly dispersed aggregates in the concrete matrix and uncertain mechanical properties of composite phases of concrete. Using the proposed homogenization technique, the uncertainty in concrete modulus of elasticity and modulus of rupture (described by numerical cumulative probability density function) are determined. Deflection uncertainty of reinforced concrete (RC) beams, propagated from uncertainties in concrete properties, is quantified using Monte Carlo (MC) simulation. Cracked plane frame analysis is used to account for tension stiffening in concrete. Concrete homogenization enables a unique opportunity to bridge the gap between concrete materials and structural modeling, which is necessary for realistic serviceability prediction.
The confined concrete stress-strain curves utilised in computational models of concrete-filled steel tubular (CFST) columns can have a significant influence on the accuracy of the predicted behaviour. A generic model is proposed for predicting the stress-strain behaviour of confined concrete in short circular, elliptical and octagonal CFST columns subjected to axial compression. The finite element (FE) analysis is carried out to simulate the concrete confining pressure in short circular, elliptical and octagonal CFST columns. The concrete confining pressure relies on the geometric and material parameters of CFST columns. The post-peak behaviour of the concrete stress-strain curve is determined using independent existing experimental results. The strength reduction factor is derived for predicting the descending part of the confined concrete behaviour. The fibre element model is developed for the analysis of circular, elliptical and octagonal CFST short columns under axial loading. The FE model and fibre element model accounting for the proposed concrete confined model is verified by comparing the computed results with experimental results. The ultimate axial strengths and complete axial load-strain curves obtained from the FE model and fibre element model agree reasonably well with experimental results. Parametric studies have been carried out to examine the effects of important parameters on the compressive behaviour of short circular, elliptical and octagonal CFST columns. The design model proposed by Liang and Fragomeni (2009) for short circular, elliptical and octagonal CFST columns is validated by comparing the predicted results with experimental results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.1109-1114
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2001
This paper describes an attempt to develop a new truss model for reinforced concrete beams failing in shear based on a rational behavioral model. The key idea incorporated with truss model is the internal force state factor which is able to express global state of internal force flow in cracked reinforced concrete beams subjected to shear and bending. A new truss model using internal force state factor may provide a comprehensive result of shear strength in reinforced concrete beams without web reinforcement.
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.
In recent years, polymer concrete based on polyester resin have been widely generalized and the research of polymer concrete have been actively pursued by the technical innovations. Polymer concrete is a composite consisting of aggregates and an organic resin binder that hardens by polymerization. Polymer concrete are stronger by a factor of three or more in compression, a factor of four to six in tension and flexural and a factor of two in impact when compared with portland cement concrete. In view of the growing use of polymer concrete, it is important to study the physical characteristics of the material, emphasizing the short term properties as well as long term mechanical behavior. If polymer concrete is to be used in flexural load-bearing application such as in beam, it is imperative to understand the deformation of the material under sustained loading conditions. This study is proposed to empirical and mechanical model of polymer concrete tension creep using long-term experimental results and mathematical development. The test results showed that proposed model has been used successfully to predict creep deformations at a stress level that was 20 percent of the ultimate strength and viscoelastic behavior of recycled-PET polymer concrete is linear of stress level up to 30 percent. It is expected that the present model allows more realistic evaluation of varying stresses in polymer concrete structures with a constant loading.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.04a
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pp.375-382
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1997
In this paper, a unified micromechanics-based model which can be applied to both tensile and compressive member of concrete is suggested and to the analysis of the strain-localization in concrete. From the comparison of the analysis results obtained from different size of concrete members with experimental data, it id shown that the model in this paper can be applied to the analysis of the strain localization concrete. For the finite element analysis of the strain-localization in concrete, the localized zone in concrete under strain localization is modeled as ad plastic model which can consider nonlinear strain softening and the non-localized zone is modeled as a nonlinear elastic-damage model. Using developed finite element analysis program. strain localization behaviors under compressive force for the different sizes of concrete having different sizes of the localized zone are simulated.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.167-172
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2002
Nonlinear analysis of the reinforced concrete beam subjected to torsion is presented. Seventeen equations involving seventeen variables are derived from the equilibrium equation, compatibility equation, and the material constitutive laws to solve the torsion problem. Newton method was used to solve the nonlinear simultaneous equations and efficient algorithms are proposed. Present model covers the behavior of reinforced concrete beam under pure torsion from service load range to ultimate stage. Tensile resistance of concrete after cracking is appropriately considered. The softened concrete truss model and the average stress-strain relations of concrete and steel are used. To verify the validity of Present model, the nominal torsional moment strengths according to ACI-99 code and the ultimate torsional moment by present model are compared to experimental torsional strengths of 55 test specimens found in literature. The ultimate torsional moment strengths by the present model show good results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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