Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.2
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pp.163-173
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2012
This study covers the nonlinear analysis of anchor head for high strength prestressing strand and presents necessary process in improving the performance of anchor head. The surface of wedge for strand is contacted to the surface of the wedge hole on anchor head when it is fitted into the wedge hole, and the contact condition changes according to the level of load applied through the wedge. In order to analyze detailed behavior, nonlinear material model and contact element were used in analysis. It was found from the analysis that the behavior of anchor head is affected by the interaction with the wedge contacted so that the wedge in FE model should have the same figure as the actual object. Circular array of wedge hole presents better stress distribution than layer array even though the small difference in maximum deformation. Increment of thickness of anchor head and distance of wedge hole also improve the performance of anchor head.
In this study, the transfer length of 2400 MPa, seven-wire high-strength steel strands with a 15.2 mm diameter in pretensioned prestressed concrete (PSC) beams utilizing high strength concrete over 58 MPa at prestress release was evaluated experimentally. 32 specimens, which have the variables of concrete compressive strength, concrete cover depth, and the number of PS strands, were fabricated and corresponding transfer lengths were measured. The strands were released gradually by slowly reducing the pressure in the hydraulic stressing rams. The measured results of transfer length showed that the transfer length decreased as the concrete compressive strength and concrete cover depth increased. The number of strands had a very small effect, and the effect varied with both the concrete cover depth and concrete strength. The results were compared to current design codes and transfer lengths predicted by other researchers. The comparison results showed that the current transfer length prediction models in design codes may be conservatively used for 2400 MPa high-strength strands in high-strength concrete beams exceeding 58 MPa at prestress release.
Kim, Jin Kook;Seong, Taek Ryong;Jang, Kyung Pil;Kwon, Seung Hee
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.3
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pp.383-399
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2013
High-strength strands are widely used as a key structural element in cable-stayed bridges and prestressed concrete structures. Conventional strands for stay cable and tendons in prestressed concrete structures are ${\phi}$15.7mm coated seven-wire strands and ${\phi}15.2mm$ uncoated seven-wire strands, respectively, but the ultimate strengths of both strands are 1860MPa. The objective of this paper is to investigate the tensile behavior of a newly developed ${\phi}15.7mm$ 2,200 MPa coated strand and a ${\phi}15.2mm$ 2,400 MPa uncoated strand according to various types of mono anchorages and to propose appropriate anchorages for both strands. Finite element analyses were initially performed to find how the geometry of the anchor head affects the interaction among the anchor head, the wedge and the strand and to find how it affects the stress distributions in both parts. Tensile tests for the new strands were carried out with seven different types of mono anchorages. The test results were compared to each other and to the results obtained from the tensile tests with a grip condition. From the analysis and the test results, desirable mono anchorages for the new strands are suggested.
Ultra high performance concrete (UHPC), is characterized by its high compressive strength and advanced tensile behavior that is much superior to those of conventional concrete. In order to apply this new material in practice, the bond characteristics of UHPC were evaluated in this study. Pull-out tests between UHPC and deformed steel rebar were carried out according to the modified RILEM test method, and were verified by finite element analysis. From the test results showed that UHPC presents 5 to 10 times higher bond strength compared to normal strength concrete, this study suggested remarkably reduced development length and concrete cover comparing to existing specifications. The test results of 700 MPa high strength steel rebar demonstrated the applicability of high strength steel to UHPC. In addition, the transfer length measurements of seven-wire strand in UHPC specimens indicated that the transfer length limit set by the current design code is very conservative for UHPC.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.6A
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pp.435-447
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2011
This paper discusses the problems in application of a parallel wire strand with high performance steel wires, which have the tensile strength of 1960 MPa grade, as a major component of the main cables in suspension bridges. Construction methods of main cables in suspension bridges are briefly reviewed by comparing the pros and cons of available methods. Required items for performance and quality of parallel wire strands are described based on the established references. Ultimate tensile strength tests are carried out for seven specimens in order to analyze the behavior of high-performance parallel wire strands. The test results demonstrate that the properties of test specimens are satisfied with performance indexes specified in this paper. The high-performance parallel wire strands are acceptable for application in main cables of suspension bridges.
In this paper a novel and efficient computational framework to estimate the stress range versus number of cycles curves experienced by a cable due to external excitations (e.g., seismic excitations, traffic and wind-induced vibrations, among others) is proposed. This study is limited to the wind-cable interaction governed by the Vortex Shedding mechanism which mainly rules cables vibrations at low amplitudes that may lead to their failure due to bending fatigue damage. The algorithm relies on a stochastic approach to account for the uncertainties in the cable properties, initial conditions, damping, and wind excitation which are the variables that govern the wind-induced vibration phenomena in cables. These uncertainties are propagated adopting Monte Carlo simulations and the concept of importance sampling, which is used to reduce significantly the computational costs when new scenarios with different probabilistic models for the uncertainties are evaluated. A high fidelity cable model is also proposed, capturing the effect of its internal wires distribution and helix angles on the cables stress. Simulation results on a 15 mm diameter high-strength steel strand reveal that not accounting for the initial conditions uncertainties or using a coarse wind speed discretization lead to an underestimation of the stress range experienced by the cable. In addition, parametric studies illustrate the computational efficiency of the algorithm at estimating new scenarios with new probabilistic models, running 3000 times faster than the base case.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.147-153
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2019
The prestressing steel wire, which is applied a tension to reinforce the structure, is applied flexure simultaneously by the duct and the deviator. In order to evaluate the deflected tensile performance of the prestressing steel wire subjected to both tensile and flexural stresses, the numerical analysis for 600 cases with variables of wire diameters, mandrel diameters, and friction coefficient between mandrel and steel wire was performed. As the result of analysis, the larger the diameter of the steel wire was, the lower the deflected tensile performance was, and the effect decreased with the increase of the wire elongation. The effect of mandrel diameter and friction coefficient between mandrel and wire on the deflected tensile performance of the wire was very small. But the deflected tensile performance and the friction coefficient between mandrel and strand showed a relatively high correlation. Therefore, it is necessary to make enough large elongation to secure the deflected tensile performance. If there is a restriction on the elongation, it is necessary to reduce the diameter of the steel wire to an appropriate value, and to increase the friction between steel wires by adjusting the surface condition of the steel wire.
This research was planned to evaluate the structural performance of post tensioned(PT) concrete member subjected to fire. Prime objective was to suggest some techniques to evaluate the performance of post tensioned concrete beam and slab exposed to high temperature through experiment. To accomplish this objective, the following two scopes have been proceeded to verify the strength reducing ratio of strands and find out the difference of resisting force at the PT concrete members exposed to high temperature through the fire test. The properties of prestressing steel(tendon) in PT concrete beam and slab under variable temperatures were reviewed. The test of this study was shown that stress relaxation occurred at high temperature, and some restoration of tensional force appeared as it got cooling down. The residual tension of the post tensioned beams at 4 hours after reaching the target temperature were 70% at $400^{\circ}C$, 10% at $600^{\circ}C$ and 2% at $800^{\circ}C$. The post tensioned slabs were 94% at $400^{\circ}C$, 84.5% at $600^{\circ}C$ and 62% at $800^{\circ}C$. The reason why the residual tension loss of the post tensioned slab was relatively small was considered to be that the slab was exposed just one side to high temperature and the strength of the strand was restored larger than that of beam. Also, it was confirmed that the post tensioned member inevitably experienced the loss of strength by fire damage, and restoration design of the member should be required to compensate for the value as much as lost strength.
Many prefabricated concrete frame joints have been proposed, and most of them showed good seismic performance. However, there are still some limitations in the proposed fabricated joints. For example, for prefabricated prestressed concrete joints, prefabricated beams and prefabricated columns are assembled as a whole by the pre-stressed steel bar and steel strand in the beams, which brings some troubles to the construction, and the reinforcement in the core area of the joints is complex, and the mechanical mechanism is not clear. Based on the current research results, a new type of fabricated joint of prestressed concrete beams and confined concrete columns is proposed. To study the seismic performance of the joint, the quasi-static test is carried out. The test results show that the nodes exhibit good ductility and energy dissipation. According to the experimental fitting method and the "fixed point pointing" law, the resilience model of this kind of nodes is established, and compared with the experimental results, the two agree well, which can provides a certain reference for elasto-plastic seismic response analysis of this type of structure. Besides, based on the analysis of the factors affecting the shear capacity of the node core area, the formula of shear capacity of the core area of the node is proposed, and the theoretical values of the formula are consistent with the experimental value.
The iron is an element having a high yield strength, mechanical hardness, good electrical conductivity, and also it has been used in various fields because of ease machining. In bridges have been used tendon made of a steel wire for large loads and light weight. Tension measurement of tendon employed in PreStressed Concrete (PSC) bridge is very important for the bridge safety check. NDT (Non-Destructive Testing) is essential for the safety check, however, magnetic NDT is difficult to apply due to the non-linear magnetization curve and hysteresis loop in the magnetic properties. In this work, for basic study of magnetic NDT application, we have constructed a B-H loop measuring system for 7-strand tendon of which diameter is 15.5 mm, and which can apply tensile stress up to 2.0 GPa. We have measured hysteresis loops of two kinds of tendons under different tensile stress. Amplitude permeability and maximum magnetic induction near knee show the most sensitive and high linearity depends on tensile stress. Relative amplitude permeability was decreased from 500 to 200 and maximum magnetic flux density changed 0.6 T.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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