Although shear reinforcement in beams typically consists of steel bars bent in the form of stirrups or hoops, the addition of deformed steel fibres to the concrete has been shown to enhance shear resistance and ductility in reinforced concrete beams. This paper presents a model that can be used to predict the shear strength of fibrous concrete rectangular members without stirrups. The model is an extension of the plasticity-based crack sliding model originally developed for plain concrete beams. The crack sliding model has been improved in order to take into account several aspects: the arch effect for deep beams, the post-cracking tensile strength of steel fibre reinforced concrete and its ability to control sliding along shear cracks, and the mitigation of the shear size effect due to presence of fibres. The results obtained by the model have been validated by a large set of experimental tests taken from literature, compared with several models proposed in literature, and numerical analyses are carried out showing the influence of fibres on the beam failure mode.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.2
no.2
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pp.72-85
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2000
Rock is a very complex and heterogeneous material, containing structural flaws due to geologic generation process. Because of those structural flaws, deformation and failure of rock when subjected to differential compressive stresses is non-linear. To simulate the non-linear behavior of rock, mechanical crack models, that is, sliding and shear crack models have been used in several studies. In those studies, non-linear stress-strain curves and various behaviors of rock including the changes of effective elastic moduli ($E_1$, $E_2$, ${\nu}_1$, ${\nu}_2$, $G_2$) due to crack growth were simulated (Kemeny, 1993; Jeon, 1996, 1998). Most of the studies have mainly focused on the verification of the mechanical crack model with relatively less attempt to apply it to practical purposes such as numerical analysis for underground and/or slope design. In this study, the validity of mechanical crack model was checked out by simulating the non-linear behavior of rock and consequently it was applied to a practical numerical analysis, finite element analysis commonly used.
An analytical model of the stress field caused by sliding indentation of brittle materials is developed. The complete stress field is treated as the superposition of applied normal and tangential forces with a sliding blister approximation of the localized inelastic deformation occuring just underneath the indenter. It is shown that lateral cracking is produced by the sliding blister stress field and that median cracking is caused by the applied contact forces. The model is combined with an experimental volume change measurements to show that the relative magnitude of tensile stresses governing lateral crack and median crack growth varies with the magnitude of the applied load. This prediction is consistent with the different regimes of experimentally observed cracking in soda-lime glass.
This study developed a shear strength prediction model of FRP strengthened reinforced concrete beams in shear. The primary design parameters were shear crack angle and shear span to depth ratio of FRP reinforcement. Of primary concern In the suggested model was the FRP debonding failure, which Is a typical fracture mode of RC beams strengthened with FRP, The proposed model used a crack sliding model based on modified plasticity theory. To address the effect of the shear span to depth ratio, the arch action was considered in the proposed model. The proposed model was applied to RC beams strengthened with FRP. The results showed that the proposed model agree with test results.
A mechanical model was developed to predict the behavior of point-loaded RC slender beams (a/d > 2.5) without stirrups. It is commonly accepted by most researchers that a diagonal tension crack plays a predominant role in the failure mode of these beams, but the failure mechanism of these members is still debatable. In this paper, it was assumed that diagonal tension failure was triggered by the concrete cover splitting due to the dowel action at the initial location of diagonal tension cracks, which propagate from flexural cracks. When concrete cover splitting occurred, the shape of a diagonal tension crack was simultaneously developed, which can be determined from the principal tensile stress trajectory. This fictitious crack rotates onto the crack tip with load increase. During the rotation, all forces acting on the crack (i.e, dowel force of longitudinal bars, vertical component of concrete tensile force, shear force by aggregate interlock, shear force in compression zone) were calculated by considering the kinematical conditions such as crack width or sliding. These forces except for the shear force in the compression zone were uncoupled with respect to crack width and sliding by the proposed constitutive relations for friction along the crack. Uncoupling the shear forces along the crack was aimed at distinguishing each force from the total shear force and clarifying the failure mechanism of RC slender beams without stirrups. In addition, a proposed method deriving the dowel force of longitudinal bars made it possible to predict the secondary shear failure. The proposed model can be used to predict not only the entire behavior of point-loaded RC slender shear beams, but also the ultimate shear strength. The experiments used to validate the proposed model are reported in a companion paper.
Non-linear behavior of rock under compression can be predicted by a crack model. Crack growth in rock renders rock anisotropic. The degree of anisotropy is explained in terms of elastic moduli as a function of load level. In this study, we calculate the changes of elastic moduli due to crack growth numerically by using a crack model and compare these values with experimental results obtained from the measurement of ultrasonic wave velocities. Image processing technique is used to obtain the initial crack information needed for the numerical calculation of elastic moduli.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.47-55
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2000
Non-linear behavior of rock under compression can be predicted by a crack model. Crack growth in rock renders rock anisotropic. The degree of anisotropy is explained in terms of elastic moduli as a function of load level. In this study, we calculate the changes of elastic moduli due to crack growth numerically by using a crack model and compare these values with experimental results obtained from the measurement of ultrasonic wave velocities. Image processing technique is used to obtain the initial crack information needed for the numerical calculation of elastic moduli.
An investigation of the crack propagation behavior of Al2O3-33Vol.% SiCw at 140$0^{\circ}C$ was conducted with various loading frequencies. Higher crack propagation was observed in lower frequency and higher load ratios. Interface sliding fracture due to glassy phase from the oxidation of SiCw and cavitation along grain boundary of diffusional creep appeared to be the main mechanism of fatigue fracture in slower crack propagation while interface sliding and whisker pull out aided by glassy phase formation played main role of fatigue fracture for higher crack growth condition. The frequency effect on deformation behavior was discussed with a Maxwell model.
In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.7
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pp.1149-1155
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1997
J-integral for a subsurface horizontal crack in a circular plate with an inner hole under rolling line contact is evaluated according to loading positions with various load conditions, crack length and crack location. Two-dimensional crack is modeled, and the relation between Tresca stress for uncracked model and J-integral is discussed. The loading location which gives the maximum J-integral depends on load condition and crack location, and the presence of friction force increases Tresca stress and J-integral near the surface. Regardless of friction force, crack location that gives maximum J-integral is the same as that of maximum Tresca stress in an uncracked model, and the value of J-integral is propotional to crack length. It is also showed that the variation of an inner radius of a disk does not effect J-integral value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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