An experimental method was suggested for obtaining fracture toughness ($K_{Ic}$) and the tensile strength (${\sigma}_t$) of chopped strand glass fiber reinforced polymer concretes (PC). Semi-circular bend (SCB) specimens subjected to three-point bending were used for conducting the experiments on the PC material. While the edge cracked SCB specimen could be used to evaluate fracture toughness, the tensile strength was obtained from the un-cracked SCB specimen. The experiments showed the practical applicability of both cracked and un-cracked SCB specimens for using as suitable techniques for measuring $K_{Ic}$ and ${\sigma}_t$ in polymer concretes. In comparison with the conventional rectangular bend beam specimen, the suggested SCB samples need significantly less material due to its smaller size. Furthermore, the average values of ${\sigma}_t$ and $K_{Ic}$ of tested PC were approximately 3.5 to 4.5 times the corresponding values obtained for conventional concrete showing the improved strength properties of PC relative to the conventional concretes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.1
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pp.79-87
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1991
An efficient numerical procedure for material and geometric nonlinear analysis of reinforced concrete shells under monotonically increasing loads through their elastic, inelastic and ultimate load ranges is developed by using the finite element method. The 8-node Serendipity isoparametric element developed by the degeneration approach including the transverse shear deformation is used. A layered approach is used to represent the steel reinforcement and to discretize the concrete behavior through the thickness. The total Lagrangian formulation based upon the simplified Von Karman strain expressions is used to take into account the geometric nonlinearity of the structure. The material nonlinearities are taken into account by comprising the tension, compression, and shear models of cracked concrete and a model for reinforcement in the concrete; and also a so-called smeared crack model is incorporated. The steel reinforcement is assumed to be in a uniaxial stress state and is modelled as a smeared layer of equivalent thickness. This method will be verified a useful tool to account for geometric and material nonlinearities in detailed analysis of reinforced concrete concrete shells of general form through numerical examples of the sequential paper( ).
A strut-and-tie model was proposed to predict the shear strength of RS beam which is a hybrid steel beam with reinforced concrete ends. The proposed model is capable of considering the concrete softening effects due to diagonal shear cracks at the embedded area of steel in concrete. It can predict tile failure strength of RS beam from the mathematical formulations which are based on equilibrium, compatibility, and the constitutive laws of cracked reinforced concrete. The previous experimental results of 15 RS beams were analyzed with the proposed model and the analytical results were also compared with formulas currently available. The comparison revealed that the proposed model can predict the strength of RS beam better than the others. The average ratio of experimental strengths to analytical results was 1.02 and the standard deviation was 0.126.
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.
Still no accurate theory exists for predicting ultimate shear strength of deep reinforced concrete beams because of the structural and material non-linearity after cracking. Currently, the load capacity assesment is performed for the upper structure of the bridges and containing non-reliability in the applications and results. The purpose in this study is to evaluate analytically the complex shear behaviors and normal strength for the reinforced concrete deep beams and to offer the accuracy load capacity assesment method based on the reliability theories. This paper presents a method for the load capacity assesment of reinforcement concrete deep beams using nonlinear finite element analysis. A computer program named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. Material non-linearity is taken Into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. From the results, determine the reliability index for the failure base on the Euro Code. Then, calculate additional reduction coefficient to satisfy the goals from the reliability analysis. The proposed numerical method for the load capacity assesment of reinforced concrete deep beams is verified by comparison with the others methods.
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.
Boumaaza, M.;Bezazi, A.;Bouchelaghem, H.;Benzennache, N.;Amziane, S.;Scarpa, F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.5
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pp.575-583
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2017
The study covers the behavior of reinforced concrete deep beams loaded under 4-point bending, failed by shear and repaired using bonding glass fiber reinforced plastics fabrics (GFRP) patches. Two rehabilitation methods have been used to highlight the influence of the composite on the ultimate strength of the beams and their failure modes. In the first series of trials the work has been focused on the reinforcement/rehabilitation of the beam by following the continuous configuration of the FRP fabric. The patch with a U-shape did not provide satisfactory results because this reinforcement strategy does not allow to increase the ultimate strength or to avoid the abrupt shear failure mode. A second methodology of rehabilitation/reinforcement has been developed in the form of SCR (Strips of Critical Region), in which the composite materials reinforcements are positioned to band the inclined cracks (shear) caused by the shear force. The results obtained by using this method lead a superior out come in terms of ultimate strength and change of the failure mode from abrupt shearing to ductile bending.
This paper performs an experimental study on the flexural behavior of preloaded reinforced self-compacted concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymers CFRP. A group of six preloaded strengthened beams was investigated along with one unstrengthened beam used as a reference beam RB. All beams have the same dimensions and reinforcement details: three beams are strengthened with CFRP laminates against flexural failure and three beams are strengthened with CFRP sheets. For simulating actual conditions, the beams are loaded before strengthening. Then, after strengthening, the beams are tested for flexural strength using 4-point loads where cracked and ultimate load and failure mode, along with load-deflection relation are recorded. To study the different configurations of strengthening, one layer, two layers, and U-wrap formation of laminates and sheets are considered. The results show that strengthing the RC beams using CFRP is an effective method to increase the beam's capacity by 47% up to 153% where deflection is reduced by 5%-80%. So, the beams strengthened with CFRP laminates have higher load capacity and lower ductility in comparison with the beams strengthened with CFRP sheets.
Concrete is deformed by load and subjected to micro damage under allowable deformation because of non-homogeneous property. When micro damage is accumulated, it is cracked and finally fractured. Characterization of AE can be demonstrated the micro damage which it is not discovered from visual observation, and it become known to an advantage that was clearly discriminated from the existing NDT method. This study was carried out the analysis and evaluation of concrete damage by acoustic emission technique. As a results of damage analysis, it was found out that the more concrete strength has increased, the more concrete has subjected to micro damage at lower stress ratio for chylinder specimen, and this is possible only AE method which could be described the brittle properties. Also it was revealed that the kaiser effect and felicity effect were existed in reinforced concrete bending specimens and it is found out that the onset of interface debonding between concrete and steel could be conformed in comparison with felicity ratio, AE activity and load history. From the results of this study, it was conformed that the deteriorative degree of reinforced concrete structure should be evaluated using felicity ratios.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.1
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pp.175-181
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2010
The three truss models(equilibrium truss model, Mohr compatibility truss model, and the soften truss model) based on a rotating angle is called the rotating-angle model. The three rotating-angle models have a common weakness: they are incapable of predicting the so-called "contribution of concrete". To take into account this "contribution of concrete", the modern truss model(MCFT, STM) treats a cracked reinforced concrete element as a continuous material. By combining the equilibrium, compatibility, and the softened stress-strain relationship of concrete in biaxial state, MTM is capable of producing the nonlinear analysis of reinforced concrete structures composed of membrane element. In this paper, an efficient algorithm is proposed for the solution of proposed model incorporated with failure criteria. This algorithm is used to analyze the behavior of reinforced membrane element using the results of Hsu test.
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