A reinforced concrete water tank is a typical functional liquid storage structure and cracks are the greatest threat to the liquid storage structure. Tanks are readily cracked due to seismic activity, thereby leading to the leakage of the stored liquid and a loss of function. In order to study the effect of cracks on liquid storage tanks, self-healing and leakage tests for bending cracks and through cracks in the walls of a reinforced concrete water tank were conducted. Material performance tests were also performed. The self-healing performance of bending cracks in a lentic environment and through cracks in a lotic environment were tested, thereby the self-healing width of bending micro-cracks in the lentic environment in the short term were determined. The through cracks had the capacity for self-healing in the lotic environment was found. The leakage characteristics of the bending cracks and through cracks were tested with the actual water head on the crack. The effects on liquid leakage of the width of bending cracks, the depth of the compression zone, and the acting head were determined. The relationships between the leakage rate and time with the height of the water head were analyzed. Based on the tests, the relationships between the crack characteristics and self-healing as well as the leakage were obtained. Thereby the references for water tank structure design and grading earthquake damage were provided.
Tamayo, Jorge Luis Palomino;Awruch, Armando Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.5
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pp.799-823
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2016
A finite element model for the non-linear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) containment shell of a nuclear power plant subjected to extreme loads such as impact and earthquake is presented in this work. The impact is modeled by using an uncoupled approach in which a load function is applied at the impact zone. The earthquake load is modeled by prescribing ground accelerations at the base of the structure. The nuclear containment is discretized spatially by using 20-node brick finite elements. The concrete in compression is modeled by using a modified $Dr{\ddot{u}}cker$-Prager elasto-plastic constitutive law where strain rate effects are considered. Cracking of concrete is modeled by using a smeared cracking approach where the tension-stiffening effect is included via a strain-softening rule. A model based on fracture mechanics, using the concept of constant fracture energy release, is used to relate the strain softening effect to the element size in order to guaranty mesh independency in the numerical prediction. The reinforcing bars are represented by incorporated membrane elements with a von Mises elasto-plastic law. Two benchmarks are used to verify the numerical implementation of the present model. Results are presented graphically in terms of displacement histories and cracking patterns. Finally, the influence of the shear transfer model used for cracked concrete as well as the effect due to a base slab incorporation in the numerical modeling are analyzed.
Objection of this study is to present the three-dimensional material nonlinear analysis of reinforced concrete. A concrete is idealized with three-dimensional 16-node solid element including triaxial nonlinear stress-strain behavior, cracking, crushing and strain softening: a steel with three-dimensional 3 node truss element including elastic-plastic behavior with strain hardening. The cracked shear retention factor is introduced to estimate the effective shear modulus con sidering aggregate interlock after c:racking and a modified newton method is used to obtain a nu merical solution. Numerical results in a gauss point is displayed graphically. Numerical examples of Krahl's reinforced concrete beam and Hedgreds shell are selected to compare with the experimental and numerical results.
Based on the orthotropic hypoelasticity formulation, a constitutive material model of concrete taking account of triaxial stress state is presented. In this model, the ultimate strength surface of concrete in triaxial stress space is described by the Hsieh's four-parameter surface. On the other hand, the different ultimate strength surface of concrete in strain space is proposed in order to account for increasing ductility in high confinement pressure. Compressive ascending and descending behavior of concrete is considered. Concrete cracking behavior is considered as a smeared crack model, and after cracking, the tensile strain-softening behavior and the shear mechanism of cracked concrete are considered. The proposed constitutive model of concrete is compared with some results obtained from tests under the states of uniaxial, biaxial, and triaxial stresses. In triaxial compressive tests, the peak compressive stress from the predicted results agrees well with the experimental results, and ductility response under high confining pressure matches well the experimental result. The reinforcing bars embedded in concrete are considered as an isoparametric line element which could be easily incorporated into the isoparametric solid element of concrete, and the average stress - average strain relationship of the bar embedded in concrete is considered. From numerical examples for a reinforced concrete simple beam and a structural beam type member, the stress state of concrete in the vicinity of talc critical region is investigated.
Kim, Tae-Hoon;Yoo, Young-Hwa;Choi, Jung-Ho;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.5
s.39
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pp.15-24
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2004
The purpose of this study is to investigate the inelastic behavior and ductility capacity of reinforced concrete bridge piers including P-delta effects. 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 smeared crack approach is incorporated. In addition to the material nonlinear properties, the algorithm for large displacement problem that may give an additional deformation has been formulated using total Lagrangian formulation. The proposed numerical method for the inelastic behavior and ductility capacity of reinforced concrete bridge piers is verified by comparison with reliable experimental results.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.34
no.3
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pp.53-63
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1992
To investgate the fracture behavior of the steel fiber reinforced concreate, the specimens with different steel fiber contents of 0.0%, 0.5%, 1.0%, 1.5%, were made and notched with differents notch depth ratios of 0.0,0.2, 0.4, 0.6, and the three point bend tests were followed. Test results of 16 different types of above combined specimens were summarized as follows. 1.The load line deflection contents were found to increase 5%, 16%, 19%, respectively, compared to the unnotched specimen with the increased of initial notch depth ratio to 0.2,0.4, 0.6, respectively. 2.The frexural strength were found to decrease 14%, 16%, 21 %, respectively, compared to the unnotched specimen with the increase of initial notch depth ratio to 0.2, 0.4, 0.6,respectively. 3.The stress intensity factors of the steel fiber reinforced concrete were found to increase 1.1 1.5 1.9 times, respectively, compared to the concrete with no steel fiber content with the increase of fiber content to 0.5%, 1.0%, 1.5%, respectively. 4.The influence of the mass of the steel fiber reinforced concrete to the whole fracture energy was found to be minor with 6~8 % contribution. 5.The fracture energy of the steel fiber reinforced concrete, considering the load-deflection curve and concrete mass was found to be approximately 350-380kg m/m$^2$. 6.The regression analysis through the relationship between the compressive(Oc)/tensile (OT) strength and fracture energy(Gf) showed that the fracture energy of the steel fiber reinforced concrete could be predicted as follows. Gf= 19.2662 Oc - 3940.4 Gf= 246.876 OT- 6008.8
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.34
no.2
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pp.49-59
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1992
In our researches we made mix-design, with the mixing ratio and pre-cracked ratio of steel fibrous different from each other, building the steel fibrous concrete beam which had pre-cracks. To obtain the fracture characteristics of steel fibrous reinforced concrete, series of experiment were conducted on pre-cracked beam subjected to 3-point bending. Thus, we carried out experiments on the destructive characteristics of its pre-crack and post-crack and the result is as follows. 1. The compressive strength of steel fibrous concrete beam increased more slightly than plane beam, and the tensile strength increased 37%, 59%, 94% and 121% respectively when the amount of fibrous was 0.5%, 0.1% 1.5%, and 1.75% respectively. 2. As the amount of steel fibrous mixing increased ant the steel fibrous inhibited the crack growth, the crack condition of steel fibrous concrete beam was retarded irregularly, and this increased fracture load. 3. The defiance of destruction was reduced in the ratio of 1.35 times and 1.22 times respectively when the length of pre-crack was each 2cm and 4cm in comparison with the case of being without the length, and was similar to that of plane beam when the amount of steel fibrous mixing was below 1.0%, and increased linearly when it as above 1.0%. 4. The experimental formula seeking fracture energy was follows and thus we found that the value of fracture energy depended upon tensile strength and the size of speciment. $G_f=K\;{\cdot}\;f_f^'{\cdot}$da/Ec 5. We observed that in the load-strain curve of steel fibrous concrete beam the progress of the crack became slow, compared with plane beam because the crack condition became long to the extent of about 10 times. Concrete was faultiest brittleness fracture through the study, it was known ductile.
The reinforced concrete(RC) structures strengthened with fiber reinforced plastic(FRP) has been accepted by the construction engineering community for rehabilitation. FRP composites can present many advantages like a corrosion resistance, strength-weight ratio, relatively short application time, and cost effectiveness. The beams under design load, however, are cracked and result in degrading the strength. It is difficult to recognize cracks and deflections on the surface of the concrete members retrofitted with FRP through the life cycle. For these reasons, if they result in the effects, which were below the expected strength, we must monitor the state of concrete structures all the time in order to take an appropriate measure. Fiber Bragg Grating(FBG) sensor excel as monitoring of investigating the stress state of the retrofitted beams with FRP. The main objective of this study is to measure strain by experiment and analyze the behavior of RC beams retrofitted with FRP using FBG sensor. The kinds of FRP which were used in research are carbon, glass and improved hybrid FRP(IFRP) that has capacity than any other FRP. Other variables are the length of FRP, the number of sheet.
A reliable and accurate method has been developed to predict the flexural deformation response of structural concrete members subject to service load. The method that has been developed relates the extent of concrete cracking, measured as a function of the magnitude of applied moment in a member, to the reduction in the effective moment of inertia of cracked reinforced concrete members under service load conditions. The ratio of the area of the moment diagram where the moment exceeds the cracking moment, to the total area of the moment diagram for any loading, provides the basis for the calculation of the effective moment of inertia. This ratio also represents mathematically a probability of crack occurrence. Verification of this method for the determination of the effective moment of inertia has been achieved from an experimental test program, and has included beam tests with different loading configurations, and shear wall tests subjected to a range of vertical and lateral load levels. Further verification of this method has been made with reference to the experimental investigation of other recently published work.
In this paper, dynamic behavior of steel fiber reinforced concrete(SFRC) by experimental method is discussed. Because of its improved ability to dissipate energy, impact resistance and fatigue behavior, SFRC has a better dynamic behavior than that of plain concrete. Dynamic behavior is influenced by longitudinal reinforcement ratio, volume and type of steel fiber, strength of concrete and the stress level. Impact resistance and fatigue behavior in the SFRC has been evaluated from dynamic experimental test data at various levels of cracked states in the elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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