Experimental isotherm compressive tests show that concrete behaviour is dependent on temperature. The aim of such tests is to reproduce how concrete will behave under environmental changes within a moderate range of temperature. In this paper, a novel constitutive elastic damage behaviour law is proposed based on a free energy with an apparent damage depending on temperature. The proposed constitutive behaviour leads to classical theory of thermo-elasticity at small strains. Fixed elastic mechanical characteristics and fixed evolution law of damage independent of temperature and the material volume element size are considered. This approach is applied to compressive tests. The model predicts compressive strength and secant modulus of elasticity decrease as temperature increases. A power scaling law is assumed for specific entropy as function of the specimen size which leads to a volume size effect on the stress-strain compressive behaviour. The proposed model reproduces theoretical and experimental results from literature for tempertaures ranging between $20^{\circ}C$ and $70^{\circ}C$. The effect of the difference in the coefficient of thermal expansion between the mortar and coarse aggregates is also considered which gives a better agreement with FIB recommendations. It is shown that this effect is of a second order in the considered moderate range of temperature.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.5
no.1
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pp.49-55
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2011
The main objective of this investigation is to study size effect on compressive strength of CFRP confined concrete cylinders subjected to axial compressive loading. In total 24 concrete cylinders with different sizes were tested, small specimens with a diameter of 100 mm and a height of 200 mm, medium specimens with a diameter of 200 mm and a height of 400 mm, and big specimens with a diameter of 300 mm and a height of 600 mm. The lateral confining pressure of each specimen is the same and from that hypothesis the small specimens were confined with one layer of CFRP, medium and big specimens were performed by two and three layers of CFRP respectively. Test results indicate a significant enhancement in compressive strength for all confined specimens, and moreover, the compressive strengths of small and medium specimens are almost the same while a bit lower for big specimens. These results permit to conclude that there is no size effect on compressive strength of confined specimens regardless of cylinder dimension.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.611-614
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2005
This study concerns the strength of concrete cores drilled from existing structures. The test factors are core size, drilled position of core, concrete age and concrete strength. The test results are as follows; (1) Under the filled condition of curing, concrete strength for three years are larger than that of 28 days by $15\~20\%$ (2) According to the core size effect from diameter of 75mm to 150mm , the variation of core strength are by $8\~18\%$ (3) According to the wall height of 1m, the strength of lower point of wall is than larger that of the upper point by $5\~20\%$. (4) In Accessing the core strength of concrete as a basis, the effect of core size and drilling position should be considered.
In this study, the influence of coarse aggregate size and type on chloride penetration of concrete was investigated, and the grey correlation analysis was applied to find the key influencing factor. Furthermore, the proposed 6-10-1 artificial neural network (ANN) model was constructed, and performed under the MATLAB program. Training, testing and validation of the model stages were performed using 81 experiment data sets. The results show that the aggregate type has less effect on the concrete permeability, compared with the size effect. For concrete with a lower w/b, the coarse aggregate with a larger particle size should be chose, however, for concrete with a higher w/c, the aggregate with a grading of 5-20 mm is preferred, too large or too small aggregates are adverse to concrete chloride diffusivity. A new idea for the optimum selection of aggregate to prepare concrete with a low penetration is provided. Moreover, the ANN model predicted values are compared with actual test results, and the average relative error of prediction is found to be 5.62%. ANN procedure provides guidelines to select appropriate coarse aggregate for required chloride penetration of concrete and will reduce number of trial and error, save cost and time.
Murthy, A. Rama Chandra;Palani, G.S.;Iyer, Nagesh R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.32
no.3
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pp.459-475
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2009
This paper presents analytical methodologies for remaining life prediction of plain concrete structural components considering tension softening and size effects. Non-linear fracture mechanics principles (NLFM) have been used for crack growth analysis and remaining life prediction. Various tension softening models such as linear, bi-linear, tri-linear, exponential and power curve have been presented with appropriate expressions. Size effect has been accounted for by modifying the Paris law, leading to a size adjusted Paris law, which gives crack length increment per cycle as a power function of the amplitude of a size adjusted stress intensity factor (SIF). Details of tension softening effects and size effect in the computation of SIF and remaining life prediction have been presented. Numerical studies have been conducted on three point bending concrete beams under constant amplitude loading. The predicted remaining life values with the combination of tension softening & size effects are in close agreement with the corresponding experimental values available in the literature for all the tension softening models.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.11a
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pp.285-288
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2003
The compressive strength of concrete is used as the most fundamental and important material property when reinforced concrete structures are designed. It has been problem to use this value, however, because the control specimen sizes and shapes are different from every country. In this study, the effect of specimen shapes and sizes on compressive strength of concrete members was experimentally investigated based on fracture mechanics. Experiments for the mode I failure was earned out by using cylinder, cube, and prism specimens. The test results are curve fitted using least square method(LSM) to obtain the new parameters for the modified size effect law(MSEL). The analysis results show that the effect of specimen sizes and shapes on ultimate strength is apparent. The results also show stronger size effect in member when the casting direction is perpendicular to loading direction
Shear failure of reinforced concrete (RC) beams is serious problem due to sudden brittle failure and many experimental results proved that size effect in shear strength of RC beams is an important feature of reinforced concrete members. As the sizes of RC beams very large, experiments sometimes become very difficult so that empirical design formula or the experimental data on shear strength of RC beams could not be obtained. Then the numerical analyses for size effect on shear strength of RC beams become very important. In this study, finite-element technique of reinforced concrete is employed of shear analysis of RC beams without web reinforcement and the size effects in shear strength are numerically analyzed. The influencing factors to the size effect in the shear strength of RC beams are extensively analyzed and compared with those by major shear strength equations including several standard specifications.
The effect of structure size on the nominal strength of unidirectional fiber-polymer composites, failing by propagation of a kink band with fiber microbuckling, is analyzed experimentally and theoretically. Tests of novel geometrically similar carbon-PEEK specimens, with notches slanted so as to lead to a pure kink band (without shear or splitting cracks), are conducted. The specimens are rectangular strips of widths 15.875, 31.75. and 63.5 mm (0.625, 1.25 and 2.5 in and gage lengths 39.7, 79.375 and 158.75 mm (1.563, 3.125 and 6.25 in.). They reveal the existence of a strong (deterministic. non-statistical) size effect. The doubly logarithmic plot of the nominal strength (load divided by size and thickness) versus the characteristic size agrees with the approximate size effect law proposed for quasibrittle failures in 1983 by Bazant This law represents a gradual transition from a horizontal asymptote, representing the case of no size effect (characteristic of plasticity or strength criteria), to an asymptote of slope -1/2 (characteristic of linear elastic fracture mechanics. LEFM) . The size effect law for notched specimens permits easy identification of the fracture energy of the kink bandand the length of the fracture process zone at the front of the band solely from the measurements of maximum loads. Optimum fits of the test results by the size effect law are obtained, and the size effect law parameters are then used to identify the material fracture characteristics, Particularly the fracture energy and the effective length of the fracture process zone. The results suggest that composite size effect must be considered in strengthening existing concrete structural members such as bridge columns and beams using a composite retrofitting technique.
Since the size effect law announced currently has been based on the normal weight concrete, for light weight concrete having different fracture characteristics, its application is questionable. Accordingly, in this study, a model equation to predict the effect of dried unit weight of the concrete on size effect of its compressive strength was developed and a database using existing research results was created. After determining the experimental constants of prediction models of Ba${\check{z}}$ant based on nonlinear fracture mechanics, Kim and Eo, and this study using the database, their results are mutually compared. Finally, it was found that the prediction model of this study considered dried unit weight of concrete predicted well the test results for light weight concrete than that of the models of Ba${\check{z}}$ant and Kim and Eo.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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