Ultra high performance concrete (UHPC) has recently been applied as an alternative to conventional concrete in construction due to its extremely high compressive and tensile strength, and enhanced durability. However, up to date, there has been insufficient information regarding the confinement behavior of UHPC columns. Therefore, this study aims to perform an assessment of axial stress-strain model for UHPC confined by circular steel tube stub columns. The equations for calculating the confined peak stress and its corresponding strain of confined concrete in existing models suggested by Johansson (2002), Sakino et al. (2004), Han et al. (2005), Hatzigeorgiou (2008) were modified based on the regression analysis of test results in Schneider (2006) in order to increase the prediction accuracy for the case of confined UHPC. Furthermore, a new axial stress-strain model for confined UHPC was developed. To examine the suitability of the modified models and the proposed model for confined UHPC, axial stress-strain curves derived from the proposed models were compared with those obtained from previous test results. After validating the proposed model, an extensive parametric study was undertaken to investigate the effects of diameter-to-thickness ratio, steel yield strength and concrete compressive strength on the complete axial stress-strain curves, the strength and strain enhancement of UHPC confined by circular steel tube stub columns.
Fiber reinforced polymer (FRP) jackets have been widely used as an effective tool for the strengthening and rehabilitation of concrete structures, especially damaged concrete columns. Therefore, a clear understanding of the compressive behavior of FRP-confined concrete is essential. The objective of this paper is to develop a simple efficient method for predicting the compressive strength, the axial strain at the peak stress, and the stress-strain relationship of FRP-confined concrete. In this method, a compressive strength model is established based on Jefferson's failure surface. With the proposed strength model, the strength of FRP-confined concrete can be estimated more precisely. The axial strain at the peak stress is then evaluated using a damage-based formula. Finally, a modified stress-strain relationship is derived based on Lam and Teng's model. The validity of the proposed compressive strength and strain models and the modified stress-strain relationship is verified with a wide range of experimental results collected from the research literature and obtained from the self-conducted test. It can be concluded that, as a competitive alternative, the proposed method can be used to predict the compressive behavior of FRP-confined concrete with reasonable accuracy.
Conventional hyperbolic model does not satisfactorily predict the overall stress-strain behaviors of various geomaterials. Tatsuoka and Shibuya(1992) suggest the generalized hyperbolic equation(GHE) considering strain dependency and calculated performance is in good agreement with precise triaxial compression test results of stress-strain relations over wide range of strains before peak stress condition in some cases, but GHE model also does not satisfactorily predict stress-strain relations as strain goes on state of peak stress in most cases. For improve a weak point of the GHE, in this study, modified form of generalized hyperbolic equation (MGHE model) is proposed which can predict highly nonlinear stress-strain behavior for various geomaterials from small strain to peak stress condition.
Determination of stress-strain relationship in torsional tests is complicated due to nonuniform stress-strain variation occurring linearly with the radius in a soil specimen in torsion. The equivalent radius approach is adequate when calculating strain at low to intermediate strains, however, the approach is less accurate when performing the test at higher strain levels. The modified equivalent radius approach was developed to account for the problem more precisely. This approach was extended to generate the plots of equivalent radius ratio versus strain using modified hyperbolic and Ramberg-Osgood models. Results showed the effects of soil nonlinearity on the equivalent radius ratio curves were observed. Curve fitting was also performed to find the stress-strain relationship by fitting the theoretical torque-rotation relationship to measured torque-rotation relationship.
The modified Cam clay (MCC) model is used to study the response of virgin compressed clay in undrained compression. The MCC deviatoric stress-strain relationship is obtained in closed form. Elastic and plastic deviatoric strains are taken into account in the analysis. For the determination of the elastic strain components, both a variable shear modulus and constant shear modulus are considered. Constitutive relationships are applied to the well-known London and Weald clays sheared in undrained compression.
본 논문은 유한요소해석을 이용한 고변형률 조건에서의 연성파손 해석기법을 제안한다. 고변형률 하중이 작용하는 구조물에 대한 파괴거동 예측을 위해 본 논문에서는 Johnson/Cook 모델을 고려한 수정응력 파괴변형률 모델을 사용하였다. 제시된 모델은 인장 실험 모사해석결과로부터 얻어지는 삼축응력 및 파괴변형률에 의해 파손이 정의된다. 다양한 실험속도의 인장 실험결과 및 정적 하중조건에서의 파괴인성 실험을 이용하여 수정응력 파괴변형률 모델의 변수를 결정하였다. 결정된 모델을 이용하여 동적하중조건에서 파괴인성시편에 대한 해석을 수행하였으며 해석결과와 실험결과를 비교하여 해석기법을 검증하였다.
In order to study the mechanical propertied and change rules of undrained shear behavior of saline soil under the freeze-thaw cycles, an improved constitutive model reflecting the effects of freeze-thaw cycles was proposed based on the traditional Duncan-Chang model. The saline soil in Qian'an County, western Jilin Province, was selected as the experimental object. Then, a set of freeze-thaw cycles (0, 1, 10, 30, 60, 90, 120) tests were conducted on the saline soil specimens, and conventional consolidated undrained triaxial shear tests were conducted on the saline soil specimens that underwent freeze-thaw cycles. The stress-strain relationship was obtained by the triaxial shear test. The model parameters have a corresponding regression relationship with the number of freeze-thaw cycles. Finally, based on the function expression of the model parameters, the modified Duncan-Chang model with the number of freeze-thaw cycles as the influence factor was established, whilst the calculation program of the modified model is compiled. Based on the test results, the stress-strain relationship of the saline soil specimen shows strain hardening. The shear strength gradually decreases with the increase of freeze-thaw cycle. The 10 freeze-thaw cycles are the turning point in the trend of changes of the mechanical properties of saline soils. The calculated and experimental stress-strain relationship are compared, and the comparison between the calculated value of the model and the experimental value showed that the two had a good consistency, which verified the validity of the modified Duncan-Chang model in reflecting the effects of the freeze-thaw cycle.
Modified two-surface model (M2SM) is one of the steel elasto-plastic hysteretic constitutive models that consider both analysis accuracy and efficiency. However, when M2SM is used for complex strain history, sometimes the results are irrational due to the limitation of stress-strain path judgment. In this paper, the defect of M2SM was re-modified by improving the judgment of stress-strain paths. The accuracy and applicability of the improved method were verified on both material and structural level. Based on this improvement, the nonlinear time-history analysis was carried out for a deck-through steel arch bridge with a 200 m-long span under the ground motions of Chi-Chi earthquake and Niigata earthquake. In the analysis, we compared the results obtained by hysteretic constitutive models of improved two-surface model (I2SM) presented in this paper, M2SM and the bilinear kinematic hardening model (BKHM). Results show that, although the analysis precision of displacement response of different steel hysteretic models differs little from each other, the stress-strain responses of the structure are affected by steel hysteretic models apparently. The difference between the stress-strain responses obtained by I2SM and M2SM cannot be neglected. In significantly damaged areas, BKHM gives smaller stress result and obviously different strain response compared with I2SM and M2SM, and tends to overestimate the effect of hysteretic energy dissipation. Moreover, at some position with severe damage, BKHM may underestimate the size of seismic damaged areas. Different steel hysteretic models also have influences on structural damage evaluation results based on deformation behavior and low cycle fatigue, and may lead to completely different judgment of failure, especially in severely damaged areas.
There are many problems in the prediction of dynamic behaviors of saturated soils because undrained excess pore water pressure builds up and then the strain softening behavior is occurred simultaneously. A few analytical constitutive models based on the effective stress concept have been proposed but most models hardly predict the excess pore water pressure and strain softening behaviors correctly In this study, the disturbed state concept (DSC) model proposed by Dr, Desai was modified to predict the saturated soil behaviors under the dynamic loads. Also, back-prediction program was developed for verification of modified DSC model. Cyclic triaxial tests were carried out to determine DSC parameters and test result was compared with the result of back-prediction. Through this research, it is proved that the proposed model based on the modified disturbed state concept can predict the realistic soil dynamic characteristics such as stress degradation and strain softening behavior according to dynamic process of excess pore water pressure.
Concrete behaves as ductile material at high temperature. The existing stress-strain relationship is not valid at high temperature condition. Thus, stress-strain curve of concrete at high temperature is re-established by modifying Saenz's suggestion in this study. A constitutive model of concrete subjected to elevated temperature is also suggested. The model consists of three components; free thermal stain, mechanical strain and thermal creep strain. As the temperature increase, the thermal creep becomes more critical to the failure of concrete. The thermal creep strain of concrete is derived from the modified power-law relation for the steady state creep. The proposed equation for thermal creep employs a Dorn's temperature compensated time theorem
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[게시일 2004년 10월 1일]
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