Major deterioration in concrete structures are salt attack and carbonation. Especially severe problems due to carbonation occur in tile concrete structures of city, tunnel, underground structures. Cracks in concrete during service life including early age due to hydration heat and/or shrinkage accelerate the diffusion of concrete so that the deterioration is also accelerated. In this study, carbonation depths of both non-cracked concrete and cracked concrete are evaluated and weight change test and TGA are carried out. Through the tests, a relation between water-cement ratio and carbonation depth is derived and also carbonation increase rate is derived in the function of crack width.
Chloride ions in RC (Reinforced Concrete) structures can cause very severe corrosion in reinforcement steel. It is generally informed that chloride penetration can be considerably accelerated by enlarged chloride diffusion due to cracks. These cracks play a role in main routes through which chloride ions penetrate into the concrete, and also lead to steel corrosion in RC structures exposed to chloride attack, such as port and ocean structures. In this paper, field survey including evaluation of crack and chloride concentration distribution in concrete is performed to investigate an effect of crack on chloride diffusion. The service life of cracked concrete exposed to the marine environmental condition is estimated considering the crack effect on chloride diffusion. For this purpose, diffusion coefficients in cracked concrete are obtained based on the field survey. Using the relationship between diffusion coefficients in the cracked concrete and the crack widths, service life of the cracked concrete is predicted in a probabilistic framework. A bimodal distribution with two peaks, consisting of a weighted sum of two normal distributions is introduced to describe chloride diffusion of the concrete wharf with crack.
Concrete structures are generally cracked in flexural tension at working loads. Concrete beams with asymmetric section details and crack patterns exhibit different flexural rigidity depending upon the sense of the applied flexural moment. In this paper, three different models, having the same natural period, of such SDOF bilinear dynamical systems have been proposed. The Model-I and Model-II have constant damping coefficient, but the latter is characterized by two stiffness coefficients depending upon the sense of vibration amplitude. The Model-III, additionally, has two damping coefficients as well. In this paper, the dynamical response of Model-III to sinusoidal loading has been investigated and compared with that of Model-II studied earlier. It has been found that Model-III exhibits regular and irregular sub-harmonics, jump phenomena and strong sensitivity to initial conditions, forcing frequency, system period as well as the sense of peak sinusoidal force. The constant sustained load has been found to affect the natural period of the dynamical system. The predictions of Model-I have been compared with those of the approximate linear model adopted in present practice. The behaviour exhibited by different models of the SDOF cracked elastic concrete structures under working loads and the theoretical and practical implications of the approach followed have been critically evaluated.
대도시의 콘크리트 구조물은 주로 탄산화에 노출되고 이에따라 매립된 철근은 시간이 경과함에 따라 부식이 발생한다. 콘크리트 구조물의 조사 및 진단에서, 건전부의 탄산화 깊이가 주로 평가되며, 이를 근거로 내구수명이 평가된다. 그러나 일반적으로 교각과 같은 매스 콘크리트 구조물에서는 적절한 타설을 위하여 조인트를 설치하게 되며, 초기재령에서 균열이 쉽게 발생한다. 본 연구에서는 20년 경과된 국내 대도시의 교각 구조물을 대상으로 탄산화 깊이를 평가하였으며, 건전부, 균열부, 시공이음부와 같은 국부적인 환경을 고려하여 탄산화 거동을 분석하였다. 균열부 및 시공이음부의 탄산화 깊이는 건전부에 비하여 크게 증가하였으며, 피복두께가 작은 구조물에 대해서는 이러한 영향을 고려하는 것이 바람직하게 평가되었다. 또한 균열폭의 함수로 균열부 탄산화 깊이를 예측할 수 있는 기법을 제시하였으며, 기존의 실태조사 결과와 비교하여 그 적용성을 검증하였다.
Wang, Hai-Tao;Wu, Gang;Pan, Yu-Yang;Zakari, Habeeb M.
Steel and Composite Structures
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제33권5호
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pp.629-640
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2019
This paper presents a theoretical and finite element (FE) study on the stress intensity factors of double-edged cracked steel beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) plates. By simplifying the tension flange of the steel beam using a steel plate in tension, the solutions obtained for the stress intensity factors of the double-edged cracked steel plate strengthened with CFRP plates were used to evaluate those of the steel beam specimens. The correction factor α1 was modified based on the transformed section method, and an additional correction factor φ was introduced into the expressions. Three-dimensional FE modeling was conducted to calculate the stress intensity factors. Numerous combinations of the specimen geometry, crack length, CFRP thickness and Young's modulus, adhesive thickness and shear modulus were analyzed. The numerical results were used to investigate the variations in the stress intensity factor and the additional correction factor φ. The proposed expressions are a function of applied stress, crack length, the ratio between the crack length and half the width of the tension flange, the stiffness ratio between the CFRP plate and tension flange, adhesive shear modulus and thickness. Finally, the proposed expressions were verified by comparing the theoretical and numerical results.
In this study, a numerical analysis that can effectively predict the effect of strengthening of cracked flexural members is developed using axial deformation link elements. Concrete and interface between concrete and repair material are considered as quasi-brittle material. Reinforcing bars and reinforcing steel plates are assumed to perform as elasto-plastic materials. Unloading behavior of axial deformation link element is implemented. In the developed numerical model, a flexural member is intentionally cracked by pre-loading, then, the cracked member is repaired using extra elements, and reloaded. The results from analysis of repaired flexural members agrees well with available experiment results. Also, it was shown that the effect of strengthening and the change of failure mode with respect to the time for strengthening and thickness of repair materials. Based on the results, it was determined that the developed numerical model has a good agreement for determining failure modes and effect of strengthening in cracked flexural members. By utilizing the developed numerical analysis, the time and dimension of external strengthening in an existing cracked flexural member with predition of failure mechanism can be determined.
This paper summarizes the results of a series of numerical evaluations (Lee et al., 2004, 2005) on the performance of pre-cracked reinforced concrete (RC) beams coated with polymeric composites. It was intended to numerically show the superior characteristics of the polymeric composites for enhancing the strength and ductility of existing concrete structures. Further, the predicted load-carrying and energy absorbing capacities of the beams were compared with previous experiments to verify the predictive capability of implemented computational model.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제5권1호
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pp.11-18
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2011
Carbonation in RC (reinforced concrete) structure is considered as one of the most critical deteriorations in urban cities. Although RC column has one mix condition, carbonation depth is measured spatially differently due to its various environmental and internal conditions such as sound, cracked, and joint concrete. In this paper, field investigation was performed for 27 RC columns subjected to carbonation for eighteen years. Through this investigation, carbonation distribution in sound, cracked, and joint concrete were derived with crack mappings. Considering each related area and calculated PDF (probability of durability failure) of sound, cracked, and joint concrete through Monte Carlo Simulation (MCS), repairing timings for RC columns are derived based on several IPDF (intended probability of durability failure) of 1, 3, and 5%. The technique of equivalent probability including carbonation behaviors which are obtained from different conditions can provide the reasonable repairing strategy and the priority order for repairing in a given traffic service area.
The strengthening and rehabilitation of reinforced concrete structures with externally bonded carbon fibre reinforced polymer (FRP) laminates has shown excellent performance and, as a result, this technology is rapidly replacing steel plate bonding techniques. This paper addresses this issue, and presents results deals with the influence of external bonded CFRP-reinforcement on the time-dependent behavior of reinforced concrete beams. A total of eight reinforced concrete beams with cracked and un-cracked section, with and without externally bonded CFRP laminates, were investigated for their creep and shrinkage behavior. All the beams considered in this paper were simply supported and subjected to a uniform sustained loading for the period of six months. The main parameters of this study are two types of sustained load and different degrees of strengthening scheme for both cracked and un-cracked sections of beams. Both analytical and experimental work has been carried out on strengthened beams to investigate the cracking and deflection performance. The applied sustained load was 56% and 38% of the ultimate static capacities of the un-strengthened beams for cracked and un-cracked section respectively. The analytical values based on effective modulus method (EMM) are compared to the experimental results and it is found that the analytical values are in general give conservative estimates of the experimental results. It was concluded that the attachment of CFRP composite laminates has a positive influence on the long term performance of strengthened beams.
This paper proposes a mechanical model to describe the load-deformation responses of the reinforced concrete plate members under service load state. An Analytical method is introduced on the basis of the rotating crack model which considers equilibrium, compatibility conditions, load-strain relationship of cracked member, and constitutive law for materials. The tension stiffening effect in reinforced concrete structures is taken into account by the average tensile stress-strain relationship from the load-strain relationship for the cracked member and the constitutive law for material. The strain compatibility is used to find out the crack direction because the crack direction is an unknown variable in the equilibrium and compatibility conditions. The proposed theory is verified by the numerous experimental data such as the crack direction, moment-steel strain relationship, moment-crack width relationship. The present paper can provide some basis for the provision of the definition of serviceability for plate structures of which reinforcements are deviated from the principal stresses, because the present code defines the serviceability by the deflection, crack control, vibration and fatigue basically for the skeletal members. The proposed theory is applicable to predict the service load state behavior of a variety of reinforced concrete plate structures such as skew slab bridges, the deck of skew girder bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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