Due to creep and shrinkage of the concrete core, concrete-filled steel tubular (CFST) arches continue to deform in the long-term under sustained loads. This paper presents analytical investigations of the effects of geometric nonlinearity on the long-term in-plane structural performance and stability of three-pinned CFST circular arches under a sustained uniform radial load. Non-linear long-term analysis is conducted and compared with its linear counterpart. It is found that the linear analysis predicts long-term increases of deformations of the CFST arches, but does not predict any long-term changes of the internal actions. However, non-linear analysis predicts not only more significant long-term increases of deformations, but also significant long-term increases of internal actions under the same sustained load. As a result, a three-pinned CFST arch satisfying the serviceability limit state predicted by the linear analysis may violate the serviceability requirement when its geometric nonlinearity is considered. It is also shown that the geometric nonlinearity greatly reduces the long-term in-plane stability of three-pinned CFST arches under the sustained load. A three-pinned CFST arch satisfying the stability limit state predicted by linear analysis in the long-term may lose its stability because of its geometric nonlinearity. Hence, non-linear analysis is needed for correctly predicting the long-term structural behaviour and stability of three-pinned CFST arches under the sustained load. The non-linear long-term behaviour and stability of three-pinned CFST arches are compared with those of two-pinned counterparts. The linear and non-linear analyses for the long-term behaviour and stability are validated by the finite element method.
Lou, Tiejiong;Wu, Sishun;Karavasilis, Theodore L.;Chen, Bo
Steel and Composite Structures
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v.39
no.1
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pp.21-33
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2021
This paper aims to improve the current state-of-the-art in long-term deflection prediction in steel-concrete composite beams. The efficiency of a time-dependent finite element model based on linear creep theory is verified with available experimental data. A parametric numerical study is then carried out, which focuses on the effects of concrete creep and/or shrinkage, ultimate shrinkage strain and reinforcing bars in the slab. The study shows that the long-term deformations in composite beams are dominated by concrete shrinkage and that a higher area of reinforcing bars leads to lower long-term deformations and steel stresses. The AISC model appears to overestimate the shrinkage-induced deflection. A modified ACI equation is proposed to quantify time-dependent deflections in composite beams. In particular, a modified reduction factor reflecting the influence of reinforcing bars and a coefficient reflecting the influence of ultimate shrinkage are introduced in the proposed equation. The long-term deflections predicted by this equation and the results of extensive numerical analyses are found to be in good agreement.
This paper presents the numerical modelling technique for modeling the time-dependent behavior of geosynthetic reinforced soil wall under a sustained load. The applicability of power law-based creep models for modeling the creep deformations of geogrid and reinforced soil was first examined. The modeling approach was then used to simulate the long-term performance of a geosynthetic reinforced soil wall used in a bridge abutment. The results indicated that the power law-based models can be effectively used for modelling the long term behavior of geosynthetic reinforced walls under sustained loading. In addition, it was shown that, when using creep deformation susceptible backfill soils, the abutment wall and the sill beam may experience deformations exceeding allowable limits. Practical implications of the findings from this study are discussed in great detail.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.320-323
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2004
In general, polymer concrete has more excellent mechanical properties and durability than Portland cement concrete, but very sensitive to heat and has large deformations. In this study, the long-term creep behaviors was predicted by the short-term creep test, and then the characteristic of creep of recycled-PET polymer concrete was defined by material and experimental variables. The error in the predicted long-term creep values is less than 5 percent for all polymer concrete systems. The filler carry out an important role to restrict the creep strains of recycled PET polymer concrete. The creep strain and specific on using the CaCO3 were less than using fly-ash. the creep increases with an increase in the applied stress, but not proportional the rate of stress increase ratio. The creep behavior of polymer concrete using recycled polyester resin is not a linear viscoelastic behavior.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.04a
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pp.308-314
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1997
Shrinkage and creep are the fundamental properties of concrete. These long term deformations can be seen as bothersome(increased deflection) or can be seen as reduction of compressive stress of prestressed concrete. Steel fibers advance the mechanical properties of concrete:tensile strength, ductility, flexural strength, fracture toughness, and post-cracking resistance, etc...Silica fume is pozzolanic material which combines with hydrated lime to generate silicate materials which increase the compressive strength and reduce somewhat the creep of concrete. This paper is the result of the long-term deformation by silica fume and steel fibers with varying percentages.
A general step-by-step simulation for the time-dependent analysis of segmentally-erected prestressed concrete box-girder bridges is presented. A three dimensional finite-element model for the balanced-cantilever construction of segmental bridges, including effects of the load history, material nonlinearity, creep, shrinkage, and aging of concrete and the relaxation of prestressing steel was developed using ABAQUS software. The models included three-dimensional shell elements to model the box-girder walls and Rebar elements representing the prestressing tendons. The step-by-step procedure allows simulating the construction stages, effects of time-dependent deformations of materials and changes in the structural system of the bridges. The structural responses during construction and throughout the service life were traced. A comparison of the developed computer simulation with available experimental results was conducted and good agreement was found. Deflection of the bridge deck, changes in stresses and strains and the redistribution of internal forces were calculated for different examples of bridges, built by the balanced-cantilever method, over thirty-year duration. Significant time-dependent effects on the bridge deflections and redistribution of internal forces and stresses were observed. The ultimate load carrying capacities of the bridges and the behavior before collapse were also determined. It was observed that the ultimate load carrying capacity of such bridges decreases with time as a result of time-dependent effects.
This paper presents one of the demonstration projects undertaken during the FP7 EU-funded Anagennisi project (Innovative reuse of all tyre components in concrete-2014-2017) on a full-scale (30 m×40 m, thickness: 0.2 m) Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) slab-on-grade using a blend of manufactured steel fibres (MSF) and Recycled Tyre Steel Fibres (RTSF). The aim of the project was to assess the use of RTSF in everyday construction practice. The Anagennisi partners, Dulex Ltd in collaboration with Gradmont-Gradacac Ltd and University of Zagreb, designed, cast and monitored the long-term shrinkage deformations of the indoor slab-on-grade slab at Gradmont's precast concrete factory in Gradacac, Bosnia and Herzegovina. A hybrid RTSF mix (20 kg/㎥ of MSF+10 kg/㎥ of RTSF) was used to comply with the design criteria which included a maximum load capacity of 20 kN/㎡. The slab was monitored for one year using surveying equipment and visual inspection of cracks. During the monitoring period, the slab exhibited reasonable deformations (a maximum displacement of 3.3 mm for both, horizontal and vertical displacements) whilst after five years in use, the owners did not report any issues and were satisfied with the construction methodology and materials used. This work confirms that RSTF is a viable and sustainable solution for slab-on-grade applications.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1A
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pp.85-93
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2009
The primary objective of this study is to construct more simple and reasonable rheological model and propose a methodology for predicting a phenomenon of concrete creep. Deformations of concrete under sustained stress can be expressed by the sum of immediately elastic deformation, time-dependent and time-independent short-term creep, and long-term creep according to the mechanism and time-dependency. To simulate these deformations, a rheological model having six parameters was constructed. In the composing of each parameter, the microprestress-solidification theory and design model code were incorporated together with the numerical approach for the components which can not be theoretically approached. Finally, actual test data were applied in the verification of the proposed model, and suitability of the model was confirmed by comparisons with existing predicting models and design codes.
Creep of concrete is the most dominating factor affecting time-dependent deformations of concrete structures. Especially, creep deformation for design and construction in prestressed concrete structures should be predicted accurately because of its close relation with the loss in prestree of prestressed concrete structures. Existing creep-prediction models for special applications contain several impractical factors such as the lack ok accuracy, the requirement of long-term test and the lack of versatility for change in material properties, ets., which should be improved. In order to improve those drawbacks, a methodology to modify the creep-prediction equation specified in current Korean concrete structures design standard (KCI-99), which underestimates creep of concrete and does not consider change of condition in mixture design, is proposed. In this study, short-term creep tests were carried out for early-age concrete within 28 days after loading and their test results on influencing factors in the equation are analysed. Then, the prediction equation was modified by using the early-age creep test results. The modified prediction equation was verified by comparing their results with results obtained from long-term creep test.
In this study, the deformations and stresses occurred in the elastic rail fastening system were evaluated according to applied extreme track forces based on various field conditions, track curvature and poor properties. The purpose of this study is to establish a method for efficient management and suggest guide line for track construction in order to secure the performance quality of the elastic rail fastening system on the sharp curved track.. Therefore, initial construction qualities of rail and concrete bed, initial clamping force and applied extreme track forces were used into experiment as several parameters. Using these test results, the performance characteristics of the elastic rail fastening system were also evaluated. As a result, it suggested the method to secure long-term durability of fastening system and comparing sharp curved track to results on field test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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