The wood-concrete composite is an interesting solution in the field of Civil Engineering to create high performance bending elements for bridges, as well as in the building construction for the design of wood concrete floor systems. The authors of this paper has been working for the past few years on the development of the bonding process as applied to wood-concrete composite structures. Contrary to conventional joining connectors, this assembling technique does ensure an almost perfect connection between wood and concrete. This paper presents a careful theoretical investigation into interfacial stresses at the level of the two interfaces in composite wooden beam- reinforced concrete slab strengthened by external bonding of prestressed composite plate under a uniformly distributed load. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in all parts of the strengthened composite beam, i.e., the wooden beam, RC slab, the CFRP plate and the adhesive layer. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. This research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the CFRP- wooden-concrete hybrid structures.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.1E
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pp.35-41
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2006
It is expected that recent development of mechanical models will soon supersede previous empirical methods of detailing. In this study, a mechanical model is proposed to analyze the behavior of the anchorage zone of prestressed concrete members. The main characteristics of the proposed model lies in its rational consideration of material properties such as concrete strength in biaxial stress state and that of local zone reinforced by spirals. The shear friction strength of concrete surrounding a spiral is also considered. The computational results of the proposed model as well as the existing Strut-and-Tie model(STM) and nonlinear finite element analysis are compared with experimental results. The results of the comparison revealed that the proposed model showed better prediction of the failure mode as well as the failure load. Additionally, the proposed model also explained the three-dimensional failure mechanism very well, while other methods based on two-dimensional analysis could not do so well.
Wang, Hai-Tao;Wu, Gang;Pan, Yu-Yang;Zakari, Habeeb M.
Steel and Composite Structures
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v.33
no.5
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pp.629-640
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2019
This paper presents a theoretical and finite element (FE) study on the stress intensity factors of double-edged cracked steel beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) plates. By simplifying the tension flange of the steel beam using a steel plate in tension, the solutions obtained for the stress intensity factors of the double-edged cracked steel plate strengthened with CFRP plates were used to evaluate those of the steel beam specimens. The correction factor α1 was modified based on the transformed section method, and an additional correction factor φ was introduced into the expressions. Three-dimensional FE modeling was conducted to calculate the stress intensity factors. Numerous combinations of the specimen geometry, crack length, CFRP thickness and Young's modulus, adhesive thickness and shear modulus were analyzed. The numerical results were used to investigate the variations in the stress intensity factor and the additional correction factor φ. The proposed expressions are a function of applied stress, crack length, the ratio between the crack length and half the width of the tension flange, the stiffness ratio between the CFRP plate and tension flange, adhesive shear modulus and thickness. Finally, the proposed expressions were verified by comparing the theoretical and numerical results.
Kim, Tae-Hoon;Jin, Byeong-Moo;Kim, Young-Jin;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.5
s.45
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pp.29-40
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2005
The purpose of this study is to investigate the inelastic behavior of precast segmental prestressed concrete bridge piers. 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. An unbonded tendon element based on the finite element method, that can represent the interaction between tendon and concrete of prestressed concrete member, is used. A joint element is newly developed to predict the inelastic behaviors of segmental joints. The proposed numerical method for the inelastic behavior of precast segmental prestressed concrete bridge piers is verified by comparison with reliable experimental results.
Kim, Tae-Hoon;Jin, Byeong-Moo;Kim, Young-Jin;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.1
s.53
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pp.79-87
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2007
This paper presents an analysis procedures of Joints in precast segmental prestressed concrete bridge piers. 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. An unbended tendon element based on the finite element method, that can represent the interaction between tendon and concrete of prestressed concrete member, is used. A joint element is newly developed to predict the inelastic behaviors of segmental joints. The proposed numerical method for joints in precast segmental prestressed concrete bridge piers is verified by comparison with reliable experimental results.
Kal, Kyoung Wan;Hwang, Jin Ha;Lee, Deuck Hang;Kim, Kang Su;Choi, Il Sup
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.1
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pp.78-88
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2012
Although structural concrete is well known for its good economic efficiency, it has limits of structural performance due to the low tensile strength, for which new structural members utilizing various concrete composite materials have been developed. Steel Fiber-Reinforced Concrete(SFRC) has great tensile strength, which is the one of the excellent composite material to complement the weakness of concrete, and it is also considered as a good alternative to prevent the explosive failure of high strength concrete under fire. Also, prestressed concrete members are of great advantages to long span structures and have greater shear strength compared to conventional reinforced concrete members. In this research, thus, a total of 22 direct shear test specimens were fabricated and tested to understand the shear behavior of Steel Fiber-Reinforced Prestressed Concrete(SFR-PSC) members, in which SFRC members combined with prestressing method. Based on the test results, the constitutive equations of shear behavior at crack interfaces were proposed, which provided good estimation on the shear behavior of the SFR-PSC direct shear test specimens.
This paper deals with the applicability of long-gauge deformation fiber optic sensors (FOS) to prestressed concrete structures. A main motivation is the desire to monitor the deflection of the railway bridges without intervenes of the signal intensity fluctuations. A 25 m long, 1.8 m deep PSC girder was fabricated compositely with 22 cm thick reinforced concrete deck. Two pairs of 3 m long-gauge sensors are attached to the prestressed concrete girder with parallel topology. Using the relationship between curvature and vortical deflection and the quadratic regression of curvatures at the discrete point, it is possible to extrapolate the deflection curve of the girder. The estimated deflection based on the developed method is compared with the results using conventional strain gauges and LVDTS. It has been demonstrated that the proposed instrumentation technique is capable of estimating the vertical deflection and neutral axis position of the prestressed concrete girder up to weak nonlinear region.
As one of the serviceability limit states, the prediction and control of crack width in reinforced concrete bridges or PSC bridges are very important for the design of durable structures. However, the current bridge design specifications do not provide quantitative information for the prediction and control of crack width affected by the initiation and propagation of corrosion. Considering life span of concrete bridges, an improved control equation about the crack width affected by time-dependent general corrosion is proposed. The developed corrosion and crack width control models can be used for the design and the maintenance of prestressed and non-prestressed reinforcements by varying time, w/c, cover depth, and geometries of the sections. It can also help the rational criteria for the quantitative management and the prediction of remaining life of concrete structures.
Park, Jae-Guen;Lee, Byeong-Ju;Kim, Moon-Young;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.6
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pp.697-704
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2008
This paper presents an analytical prediction of Nonlinear characteristics of prestressed concrete bridges by strengthened of externally tendon considering construction sequence, using unbonded tendon element and beam-column element based on flexibility method. Unbonded tendon model can represent unbounded tendon behavior in concrete of PSC structures and it can deal with the prestressing transfer of posttensioned structures and calculate prestressed concrete structures more efficiently. This tendon model made up the several nodes and segment, therefore a real tendon of same geometry in the prestressed concrete structure can be simulated the one element. The beam-column element was developed with reinforced concrete material nonlinearities which are based on the smeared crack concept. The fiber hysteresis rule of beam-column element is derived from the uniaxial constitutive relations of concrete and reinforcing steel fibers. The formulation of beam-column element is based on flexibility. Beam-column element and unbonded tendon element were be involved in A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), that were used the analysis of RC and PSC structures. The proposed numerical method for prestressed concrete structures by strengthened of externally tendon is verified by comparison with reliable experimental results.
The purpose of this study was to investigate experimentally the fatigue performance of reinforced concrete (RC) beams with hot-rolled ribbed fine-grained steel bars of yielding strength 500MPa (HRBF500). Three rectangular and three T-section RC beams with HRBF500 bars were constructed and tested under static and constant-amplitude cyclic loading. Prior to the application of repeated loading, all beams were initially cracked under static loading. The major test variables were the steel ratio, cross-sectional shape and stress range. The stress evolution of HRBF500 bars, the information about crack growth and the deflection developments of test beams were presented and analyzed. Rapid increases in deflections and tension steel stress occured in the early stages of fatigue loading, and were followed by a relatively stable period. Test results indicate that, the concrete beams reinforced with appropriate amount of HRBF500 bars can survive 2.5 million cycles of constant-amplitude cyclic loading with no apparent signs of damage, on condition that the initial extreme tensile stress in HRBF500 steel bars was controlled less than 150 MPa. It was also found that, the initial extreme tension steel stress, stress range, and steel ratio were the main factors that affected the fatigue properties of RC beams with HRBF500 bars, whose effects on fatigue properties were fully discussed in this paper, while the cross-sectional shape had no significant influence in fatigue properties. The results provide important guidance for the fatigue design of concrete beams reinforced with HRBF500 steel bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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