Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.141-144
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2008
Deflection in terms of serviceability of reinforced concrete structures is considered as one of significant factor. Domestic concrete specification offers a procedure to evaluate deflection using effective moment of inertia at cracked section, which has been known as Branson's equation in ACI. Branson's equation was derived from statistical analysis of maximum deflection of flexural members, but is somewhat weak in no reflection of bond characteristics between reinforced bars and concrete, such as tension stiffening effect. Therefore, present code creates difference from actual deflection. In this study, experiments about deflection of RC beams was completed to compare domestic standard and Eurocode 2, which calculates deflection considering tension stiffening effect. Four RC beams were built and tested, and initial modulus of elasticity and tensile strength of concrete used in the test was calculated by each design standard.
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.
Finozzi, Irene Barbara Nina;Berto, Luisa;Saetta, Anna
Computers and Concrete
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v.15
no.3
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pp.411-436
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2015
In this work, a comprehensive approach to model the structural behaviour of Reinforced Concrete (RC) beams subjected to reinforcement corrosion is proposed. The coupled environmental - mechanical damage model developed by some of the authors is enhanced for considering the main effects of corrosion on concrete, on composite interaction between reinforcement bars and concrete and on steel reinforcement. This approach is adopted for reproducing a set of experimental tests on RC beams with different corrosion degrees. After the simulation of the sound beams, the main parameters involved in the relationships characterizing the effects of corrosion are calibrated and tested, referring to one degraded beam. Then, in order to validate the proposed approach and to assess its ability to predict the structural response of deteriorated elements, several corroded beams are analyzed. The numerical results show a good agreement with the experimental ones: in particular, the proposed model properly predicts the structural response in terms of both failure mode and load-deflection curves, with increasing corrosion level.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.99-107
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1993
In this study, material nonlinear finite element program is developed to analyze reinforced concrete shell of arbitrary geometry considering tension stiffening effects. This study is capable of tracing the load-deformation response and crack propagation, as well as determining the internal concrete and steel stresses through the elastic, inelastic and ultimate ranges in one continuous computer analysis. The cracked shear retention factor is introduced to estimate the effective shear modulus including aggregate interlock and dowel action. The concrete is assumed to be brittle in tension and elasto-plastic in compression. The Drucker-Prager yield criterion and the associated flow rule are adopted to govern the plastic behavior of the concrete. The reinforcing bars are considered as a steel layer of equivalent thickness. A layered isoparametric flat finite element considering the coupling effect between the in-plane and the bending action was developed. Mindlin plate theory taking account of transverse shear deformation was used. An incremental tangential stiffness method is used to obtain a numerical solution. Numerical examples about reinforced concrete shell are presented. Validity of this method is studied by comparing with the experimential results of Hedgren and the numerical analysis of Lin.
Cracked reinforced concrete in compression has been observed to exhibit lower strength and stiffness than uniaxially compressed concrete. The so-called compression softening effect responsible is thought to be related to the degree of transverse cracking and straining present. It significantly affects the strength, ductility and load-deformation response of a concrete element. A number of experimental investigations have been undertaken to determine the degree of softening that occurs, and the factors that affect it. At the same time, a number of diverse analytical models have been proposed by various this behavior. In this paper, the softened truss model thoery for low-rise structural shearwalls is employed using the principle of the stress and strain transformations. Using this theory the softening parameters for the concrete struts proposed by Hsu and Belarbi as well as by Vecchio and Collins are examined by 51 test shearwalls available in literature. It is found that the experimental shear strengths and ductilities of the walls under static loads are, in average, very close to the theoretical values; however, the experiment shear strengths and ductilities of the walls under dynamic loads with a low (0.2 Hz) frequency are generally less than the theoretical values.
A hybrid bridge deck is proposed, which includes steel bars, concrete and glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) plates with channel sections. The steel bar in the negative moment region can increase the flexural stiffness, improve the ductility, and reduce the GFRP ratio. Three continuous decks with different steel bar ratios and a simply supported deck were fabricated and tested to study the mechanical performance. The failure mode, deflection, strain distribution, cracks and support reaction were tested and discussed. The steel bar improves the mechanical performance of continuous decks, and a theoretical method is proposed to predict the deformation and the shear capacity. The experimental results show that all specimens failed with shear failure in the positive moment region. The increase of steel bar ratio in the negative moment region can achieve an enhancement in the flexural stiffness and reduce the deflection without increasing GFRP. Moreover, the continuous deck can achieve a yield load, and the negative moment can be carried by GFRP plates after the steel bar yields. Finally, a nonlinear analytical method for the deflection calculation was proposed and verified, with considering the moment redistribution, non-cracked sections and nonlinearity of material. In addition, a simplified calculation method was proposed to predict the shear capacity of GFRP-concrete decks.
Lee, Deuck Hang;Hwang, Jin-Ha;Ju, Hyunjin;Kim, Kang Su
Computers and Concrete
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v.13
no.1
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pp.49-70
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2014
Steel fiber-reinforced concrete (SFRC) is known as one of the efficient modern composites that can greatly enhance the material performance of cracked concrete in tension. Such improved tensile resistance mechanism at crack interfaces in SFRC members can be heavily influenced by methodologies of treatments of crack direction. While most existing studies have focused on developing the numerical analysis model with the rotating-angle theory, there are only few studies on finite element analysis models with the fixed-angle model approach. According to many existing experimental studies, the direction of principal stress rotated after the formation of initial fixed-cracks, but it was also observed that new cracks with completely different angles relative to the initial crack direction very rarely occurred. Therefore, this study introduced the direct tension force transfer model (DTFTM), in which tensile resistance of the fibers at the crack interface can be easily estimated, to the nonlinear finite element analysis algorithm with the fixed-angle theory, and the proposed model was also verified by comparing the analysis results to the SFRC shear panel test results. The secant modulus method adopted in this study for iterative calculations in nonlinear finite element analysis showed highly stable and fast convergence capability when it was applied to the fixed-angle theory. The deviation angle between the principal stress direction and the fixed-crack direction significantly increased as the tensile stresses in the steel fibers at crack interfaces increased, which implies that the deviation angle is very important in the estimation of the shear behavior of SFRC members.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.3
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pp.31-40
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2002
The purpose of this study is to investigate the seismic behavior of RC bridge piers and to provide the data for developing improved seismic design criteria. The accuracy and objectivity of the assessment process may 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 smeared crack approach is incorporated. n boundary plane at which each member with different thickness is connected, local discontinuity in deformation due to the abrupt change in their stiffness can be taken into account by introducing interface element. The effect of number of load reversals with the same displacement amplitude has been also taken into account to model the reinforcing steel and concrete. In the companion paper, the proposed numerical method for seismic damage evaluation of RC bridge piers is verified by comparison with the reliable experimental results.
Provisions for the redistribution of negative moments in KCI 2007 and ACI 318-08 use a method for continuous flexural members subjected to uniformly-distributed gravity load. Moment redistributions and plastic rotations in beams of reinforced concrete moment frames subjected to lateral load differ from those in continuous flexural members due to gravity load. In the present study, a quantitative relationship between the moment redistribution and plastic rotation is established for beams subjected to both lateral and gravity loads. Based on the relationship, a design method for the redistribution of negative moments is proposed based on a plastic rotation capacity. The percentage change in negative moments in the beam was defined as a function of the tensile strain of re-bars at the section of maximum negative moment, which is determined by a section analysis at an ultimate state using KCI 2007 and ACI 318-08. Span, reinforcement ratio, cracked section stiffness, and strain-hardening behavior substantially affected the moment redistribution. Design guidelines and examples for the redistribution of the factored negative moments determined by elastic theory for beams under lateral load are presented.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.5
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pp.1-8
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2020
This study presents a shear strength estimation model, in which the shear failure of a reinforced concrete (RC) member is assumed to be governed by the flexure-shear mechanism. Two shear demand curves and corresponding potential capacity curves for cracked tension and uncracked compression zones are derived, for which the bond mechanism developed between reinforcing bars and surrounding concrete is considered in flexural analysis. The shear crack concentration factor is also addressed to consider the so-called size effect induced in large RC members. In addition,unlike exising methods, a new formulation was addressed to consider the interaction between the shear contributions of concrete and stirrup. To verify the proposed method, an extensive shear database was established, and it appeared that the proposed method can capture the shear strengths of the collected test specimens regardless of their material properties, geometrical features, presence of stirrups, and bond characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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