Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.179-186
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2003
This paper describes an extension of a numerical model, which was developed to simulate the nonlinear behavior of reinforced concrete (RC) structures subject to monotonic in-plane shear. While maintaining all the basic assumptions adopted in defining the constitutive relations of concrete under monotonic loadings, a hysteretic stress-strain relation of concrete, which crosses the tension-compression region, is defined. In addition, curved unloading and reloading branches inferred from the stress-strain relation of steel considering the Bauschinger effect are used. Modifications of the stress-strain relation of concrete and steel are also introduced to reflect a pinching effect depending on the shear span ratio and to represent an average stress distribution in a cracked RC element, respectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.3
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pp.23-30
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2012
For cracked concrete, it is obvious that cracks should be preferential channel for the penetration of aggressive substances such as chloride ions according to the previous researches. In order to extend the lifetime of cracked concrete, critical issues in the performance of the concrete is the risk of chloride-induced corrosion. Even though crack width can be reduced due to the high reinforcement ratio, the question is to which extend these cracks may jeopardize the durability of cracked concrete. If the size of crack is small, surface treatment system can be considered as one of the best options to extend the service life of concrete structures exposed to marine environment simply in terms of cost effectiveness versus durability performance. Thus, it should be decided to undertake an experimental study on the effect of surface coating system, which can be able to seal the concrete and the cracks to aggressive substances-induced corrosion in particular. In this study, it is excuted to examine the effect of surfaced treated systems on chloride penetration and carbonation through compressive stress induced cracks. Experimental results have showed conclusively that critical stress linked with deterioration, should be existed in compressive stress ratio 50 ~ 70% for chloride penetration and 70 ~ 80% for carbonation, respectively. When the critical stress is exceeded in concrete, a comparatively large deterioration was measured where the critical stress in concrete, the increase in the mass transportation is marginal in spite of the large increase in micro-cracks. As for the effect of surface coating system on crack-sealing, it can be seen conclusively that cracks can be healed.
The present study provides a relatively simple and accurate analytical model for the prediction of time-dependent stresses and curvatures of cracked R.C. sections under working loads. A more simplified solution is also provided. The proposed models are demonstrated by considering a numerical example and conducting a parametric study on the effects of relevant R.C. design parameters. In contrary to tension reinforcement, the compression reinforcement is found to contribute significantly in reducing tensile stresses in tension steel and in reducing the total section curvatures. The good accuracy of the proposed approximate solution opens a new vision towards a simple yet accurate model for the prediction of time-dependent effects in R.C. structures.
Bianchini, Fabricio;Haque, A.B.M. Rafiqul;Hewage, Kasun;Alam, M. Shahria
Earthquakes and Structures
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v.11
no.2
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pp.265-280
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2016
Environmental and operational benefits of green roofs are manifolds; however, their main disadvantages are cost and weight. New technology enabled the use of plastics to reduce the weight of green roof systems to promote their installation. To maximize their potential benefits, green roofs can be installed on existing structures. This study evaluates the influence of green roofs on the seismic response of 3, 6, and 8 storey reinforced concrete ductile moment resisting frames, which were designed according to current seismic standards, however, not designed for green roofs. For each frame, three different types of roofs are considered: gravel flat roof, extensive green roof, and intensive green roof. Nonlinear dynamic time history analysis using an ensemble of twenty real earthquake records was performed to determine the inter-storey drift demand and roof drift demand for each frame. Eigenvalue analysis was also performed to determine the impact of green roofs weight on the elastic and cracked periods of the structure. Results from the analysis demonstrated that intensive and extensive green roofs do not affect the seismic performance of reinforced concrete frame structures.
Kwon, Seung Jun;Park, Sang Soon;Nam, Sang Hyeok;Lho, Byeong Cheol
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.2
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pp.49-58
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2008
Generally, steel corrosion occurs in concrete structures due to carbonation in down-town area and underground site and it propagates to degradation of structural performance. In general diagnosis and inspection, only carbonation depth in sound concrete is evaluated but unsound concrete such as joint and cracked area may occur easily in a concrete member due to construction process. In this study, field survey of carbonation for RC columns in down-town area is performed and carbonation depth in joint and cracked concrete including sound area is measured. Probability of durable failure with time is calculated through probability variables such as concrete cover depth and carbonation depth which are obtained from field survey. In addition, service life of the structures is predicted based on the intended probability of durable failure in domestic concrete specification. It is evaluated that in a RC column, various service life is predicted due to local condition and it is rapidly decreased with insufficient cover depth and growth of crack width. It is also evaluated that obtaining cover depth and quality of concrete is very important because the probability of durable failure is closely related with C.O.V. of cover depth.
Kim Tae-Hoon;Kim Woon-Hak;Lee Kwang-Myong;Shin Hyun-Mock
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.3
s.81
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pp.441-450
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2004
The objectives of this study are to investigate the seismic behavior of reinforced concrete bridge columns and to provide the data for developing improved seismic design criteria. The accuracy and objectivity of the assessment process can be enhanced by the use of sophisticated nonlinear finite element analysis program. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The low-cycle fatigue damage of both concrete and reinforcing bars has been also considered in order to predict a reliable seismic behavior. The proposed numerical method for the prediction of seismic behavior of reinforced concrete bridge columns is verified by comparison with the reliable experimental results.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.2
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pp.255-266
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2015
A strut-and-tie based method intended for determining the load-carrying capacity of reinforced concrete (RC) corbels is presented in this paper. In addition to the normal strut-and-tie force equilibrium requirements, the proposed model is based on secant stiffness formulation, incorporating strain compatibility and constitutive laws of cracked RC. The proposed method evaluates the load-carrying capacity as limited by the failure modes associated with nodal crushing, yielding of the longitudinal principal reinforcement, as well as crushing or splitting of the diagonal strut. Load-carrying capacity predictions obtained from the proposed analysis method are in a better agreement with corbel test results of a comprehensive database, comprising 455 test results, compiled from the available literature, than other existing models for corbels. This method is illustrated to provide more accurate estimates of behaviour and capacity than the shear-friction based approach implemented by the ACI 318-11, the strut-and-tie provisions in different codes (American, Australian, Canadian, Eurocode and New Zealand).
da Silva, L. Simoes;Coelho, Ana M. Girao;Simoes, Rui A.D.
Steel and Composite Structures
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v.1
no.2
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pp.245-268
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2001
The analysis of steel-concrete composite joints presents some particular aspects that increase their complexity when compared to bare steel joints. In particular, the influence of slab reinforcement and column concrete encasement clearly change the moment-rotation response of the joint. Starting from an energy approach developed in the context of steel joints, an extension to composite joints is presented in this paper that is able to provide closed-form analytical solutions. In addition, the possibility of tri-linear or non-linear component behaviour is also incorporated in the model, enabling adequate treatment of the influence of cracked concrete in tension and the softening response of the column web in compression. This methodology is validated through comparison with experimental tests carried out at the University of Coimbra.
Steel fibre-reinforced concrete (SFRC) is an emerging class of composite for construction. However, a reliable method to assess the flexural behaviour of SFRC structural member is in lack. An analytical technique is proposed for determining the moment-curvature response of concrete beams reinforced with steel fibres and longitudinal bars (R/SFRC members). The behaviour of the tensile zone of such members is highly complex due to the interaction between the residual (tension softening) stresses of SFRC and the tension stiffening stresses. The current study suggests a transparent and mechanically sound method to combine these two stress concepts. Tension stiffening is modelled by the reinforcement-related approach assuming that the corresponding stresses act in the area of tensile reinforcement. The effect is quantified based on the analogy between the R/SFRC member and the equivalent RC member having identical geometry and materials except fibres. It is assumed that the resultant tension stiffening force for the R/SFRC member can be calculated as for the equivalent RC member providing that the reinforcement strain in the cracked section of these members is the same. The resultant tension stiffening force can be defined from the moment-curvature relation of the equivalent RC member using an inverse technique. The residual stress is calculated using an existing model that eliminates the need for dedicated mechanical testing. The proposed analytical technique was validated against test data of R/SFRC beams and slabs.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.5
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pp.45-54
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2011
This paper presents a nonlinear finite element analysis procedure for the performance assessment of deteriorated reinforced concrete bridge columns. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), was used to analyze these reinforced concrete structures. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. Advanced deteriorated material models are developed to predict behaviors of deteriorated reinforced concrete bridge columns. The proposed numerical method for the performance of damaged reinforced concrete bridge columns is verified by comparison with reliable experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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