Petschke, T.;Corres, H.;Ezeberry, J.I.;Perez, A.;Recupero, A.
Computers and Concrete
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제11권6호
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pp.515-529
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2013
The moment-curvature relation for simple bending is a well-studied subject and the classical moment-curvature diagram is commonly found in literature. The influence of axial forces has generally been considered as compression onto symmetrically reinforced cross-sections, thus strain at the reference fiber never has been an issue. However, when dealing with integral structures, which are usually statically indeterminate in different degrees, these concepts are not sufficient. Their horizontal elements are often completely restrained, which, under imposed deformations, leads to moderate compressive or tensile axial forces. The authors propose to analyze conventional beam cross-sections with moment-curvature diagrams considering asymmetrically reinforced cross-sections under combined influence of bending and moderate axial force. In addition a new diagram is introduced that expands the common moment-curvature relation onto the strain variation at the reference fiber. A parametric study presented in this article reveals the significant influence of selected cross-section parameters.
The flexural strength and ductility capacity of reinforced concrete columns are largely dependent on the amount of transverse steel. However, current design code does not specify the confinement effect of transverse steels in strength calculation. A non-linear moment-curvature analysis of RC column sections was conducted in order to develop PM interaction diagram considering transverse reinforcement effects. In this paper, a more reasonable application method of PM interaction diagram considering transverse steel amounts is introduced and proposed, based on moment-curvature non-linear analysis. Also, we proposed simplified method to use. easily in practical design.
The seismic vulnerability analysis of multi-span bridges can be based on the response of the piers, provided that deck, bearings and foundations remain elastic. The lateral response of an RC bridge pier can be affected by different mechanisms (i.e., flexure, shear, lap-splice or buckling of the longitudinal reinforcement bars, second order effects). In the literature, simplified formulations are available for mechanisms different from the flexure. On the other hand, the flexural response is usually calculated with a numerically-based Moment-Curvature diagram of the base section and equivalent plastic hinge length. The goal of this paper is to propose a simplified analytical solution to obtain the Moment-Curvature relationship for hollow circular RC sections. This based on calibrated polynomials, fitted against a database comprising 720 numerical Moment-Curvature analyses. The section capacity curve is defined through the position of 6 characteristic points and they are based on four input parameters: void ratio of the hollow section, axial force ratio, longitudinal reinforcement ratio, transversal reinforcement ratio. A case study RC bridge pier is assessed with the proposed solution and the results are compared to a refined numerical FEM analysis, showing good match.
Fiber-Reinforced Plastics (FRP) have received significant attention for use in civil infrastructure due to their unique properties, such as the high strength-to-weight ratio and stiffness-to-weight ratio, corrosion and fatigue resistance, and tailorability. It is well known that FRP wraps increase the load-carrying capacity and the ductility of reinforced concrete columns. A number of researchers have explored their use for seismic components. The application of concern in the present research is on the use of FRP for corrosion protection of reinforced concrete columns, which is very important in cold-weather and coastal regions. More specifically, this work is intended to give practicing engineers with a more practical procedure for estimating the strength of a deficient column rehabilitated using FRP wrapped columns than those currently available. To achieve this goal, a stress-strain model for FRP wrapped concrete is proposed, which is subsequently used in the development of the moment-curvature relations for FRP wrapped reinforced concrete column sections. A comparison of the proposed stress-strain model to the test results shows good agreement. It has also been found that based on the moment-curvature relations, the balanced moment is no longer a critical moment in the interaction diagram. Besides, the enhancement in the loading capacity in terms of the interaction diagram due to the confinement provided by FRP wraps is also confirmed in this work.
A reliable and accurate method has been developed to predict the flexural deformation response of structural concrete members subject to service load. The method that has been developed relates the extent of concrete cracking, measured as a function of the magnitude of applied moment in a member, to the reduction in the effective moment of inertia of cracked reinforced concrete members under service load conditions. The ratio of the area of the moment diagram where the moment exceeds the cracking moment, to the total area of the moment diagram for any loading, provides the basis for the calculation of the effective moment of inertia. This ratio also represents mathematically a probability of crack occurrence. Verification of this method for the determination of the effective moment of inertia has been achieved from an experimental test program, and has included beam tests with different loading configurations, and shear wall tests subjected to a range of vertical and lateral load levels. Further verification of this method has been made with reference to the experimental investigation of other recently published work.
Barros, Joaquim A.O.;Lourenco, Lucio A.P.;Soltanzadeh, Fatemeh;Taheri, Mahsa
Advances in concrete construction
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제1권1호
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pp.1-27
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2013
Discrete steel fibres can increase significantly the bending and the shear resistance of concrete structural elements when Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) is designed in such a way that fibre reinforcing mechanisms are optimized. To assess the fibre reinforcement effectiveness in shallow structural elements failing in bending and in shear, experimental and numerical research were performed. Uniaxial compression and bending tests were executed to derive the constitutive laws of the developed SFRC. Using a cross-section layered model and the material constitutive laws, the deformational behaviour of structural elements failing in bending was predicted from the moment-curvature relationship of the representative cross sections. To evaluate the influence of the percentage of fibres on the shear resistance of shallow structures, three point bending tests with shallow beams were performed. The applicability of the formulation proposed by RILEM TC 162-TDF for the prediction of the shear resistance of SFRC elements was evaluated. Inverse analysis was adopted to determine indirectly the values of the fracture mode I parameters of the developed SFRC. With these values, and using a softening diagram for modelling the crack shear softening behaviour, the response of the SFRC beams failing in shear was predicted.
In this study, nominal moment-axial load interaction diagrams, moment-curvature relationships, and ductility of rectangular hybrid beam-column concrete sections are analyzed using the modified Hognestad concrete model. The hybrid columns are primarily reinforced with steel bars with additional Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) control bars. Parameters investigated include amount, pattern, location, and material properties of concrete, steel, and GFRP. The study was implemented using a user defined comprehensive $MATLAB^{(R)}$ simulation model to find an efficient hybrid section design maximizing strength and ductility. Generating lower bond stresses than steel bars at the concrete interface, auxiliary GFRP bars minimize damage in the concrete core of beam-column sections. Their usage prevents excessive yielding of the core longitudinal bars during frequent moderate cyclic deformations, which leads to significant damage in the foundations of bridges or beam-column spliced sections where repair is difficult and expensive. Analytical results from this study shows that hybrid steel-GFRP composite concrete sections where GFRP is used as auxiliary bars show adequate ductility with a significant increase in strength. Results also compare different design parameters reaching a number of design recommendations for the proposed hybrid section.
본 논문에서는 폭발하중을 받는 부재의 저항성능 평가를 위한 모멘트-곡률 관계 기반 수치해석 기법을 소개한다. 직접전단 파괴 모드를 고려하기 위하여 경험적인 직접전단응력-슬립양 관계를 기반으로 하는 무차원 스프링 요소를 도입하였다. 재료에 대해 정의된 동적증가계수 식을 바탕으로 단면의 모멘트-곡률 관계에 직접적으로 적용가능한 단면의 곡률 변화율에 따른 동적증가계수 식을 제작하였다. 또한 부착슬립의 영향을 고려하기 위하여 소성힌지영역 내에 등가 휨강성을 도입하였다. 제안된 수치해석 모델의 타당성 검증을 위하여 실험결과와의 비교연구를 수행하였으며, 단자유도계 모델의 해석결과와의 비교를 통해 본 수치해석 모델의 우수성을 확인하였다. P-I 선도를 제작하여 부재의 휨 파괴 및 직접전단 파괴에 대한 저항성능을 평가하였으며, 매개변수 연구를 수행하여 P-I 선도 및 저항성능의 변화를 확인하였다.
The purpose of this study is to develop an analytic model of the concrete column strengthened with laminated CFS, and to provide a basic guideline for the strengthening design by CFS considering orthotropic properties of laminate. In this study, an analytical stress-strain model of laminated CFS is presented based on Tsai-Hill failure criterion. This model has been implemented in an algorithm which can evaluate the confinement effect of CFS. Through this algorithm, the stress-strain relationship of confined concrete is obtained and compared with experimental results of other studies. Using the constitutive relationships, section analyses of concrete column strengthened with CFS are done, and load-moment and load-curvature interaction curves are obtained. In addition, the strengthening effects of CFS according to various laminated angles are analyzed. Analytical results show that the strengthening effects of the strengthened concrete columns are significantly different in compression, flexure, and ductility according to the laminated ways. In compressive direction of principal stress shows the superiority, where an in flexural strengthening effects, [0/90]s does. In the aspect of ductility, [90]s shows the best effect.
Fiber reinforced concretes exhibit higher tensile strength depending on the percent and type of the fiber used. These concretes are used to reduce cracks and improve concrete behavior. The use of these fibers increases the production costs and reduces the compressive strength to a certain extent. Therefore, the use of fiber reinforced concrete in regions where higher tensile strength is required can cut costs and improve the overall structural strength. The behavior of fiber reinforced concrete and normal concrete adjacent to each other was investigated in the present study. The concrete used was self-compacting and did not require vibration. The samples had 0, 1, 2 and 4 wt% polypropylene fibers. 15 cm sample cubes were subjected to uniaxial loads to investigate their compressive strength. Fiber Self-Compacting Concrete was poured in the mold up to 0, 30, 50, 70 and 100 percent of the mold height, and then Self-Compacting Concrete without fiber was added to the empty section of that mold. In order to investigate concrete behavior under bending moment, concrete beam samples with similar conditions were prepared and subjected to the three-point bending flexural test. The results revealed that normal Self-Compacting Concrete and Fiber Self-Compacting Concrete may be used in adjacent to each other in structures and structural members. Moreover, no separation was observed at the interface of Fiber Self-Compacting Concrete and Self-Compacting Concrete, either in the cubic samples under compression or in the concrete beams under bending moment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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