In this study, parametric analyses on a hoop-type PZT (lead-zirconate-titanate) interface are performed to estimate the effects of the PZT interface's materials and geometries on sensitivities of impedance responses under strand breakage. The paper provides a guideline for installing the PZT interface suitable in tendon anchorages for damage-sensitive impedance signatures. Firstly, the concept of the PZT interface-based impedance monitoring technique in prestressed tendon anchorage is briefly described. A FE (finite element) analysis is conducted on a multi-strands anchorage equipped with a hoop-type PZT interface for analyzing materials and geometric effects. Various material properties, geometric sizes of the interface, and PZT sensor are simulated under two states of prestressing force for acquiring impedance responses. Changes in impedance signals are statistically quantified to analyze the effect of these factors on damage-sensitive impedance monitoring in the tendon anchorage. Finally, experimental analyses are performed to demonstrate the effects of materials and geometrical properties of the PZT interface on damage-sensitive impedance monitoring.
For the safety of prestressed structures such as cable-stayed bridges and prestressed concrete bridges, it is very important to ensure the prestress force of cable or tendon. The loss of prestress force could significantly reduce load carrying capacity of the structure and even result in structural collapse. The objective of this study is to present a smart PZT-interface for wireless impedance-based prestress-loss monitoring in tendon-anchorage connection. Firstly, a smart PZT-interface is newly designed for sensitively monitoring of electro-mechanical impedance changes in tendon-anchorage subsystem. To analyze the effect of prestress force, an analytical model of tendon-anchorage is described regarding to the relationship between prestress force and structural parameters of the anchorage contact region. Based on the analytical model, an impedance-based method for monitoring of prestress-loss is conducted using the impedance-sensitive PZT-interface. Secondly, wireless impedance sensor node working on Imote2 platforms, which is interacted with the smart PZT-interface, is outlined. Finally, experiment on a lab-scale tendon-anchorage of a prestressed concrete girder is conducted to evaluate the performance of the smart PZT-interface along with the wireless impedance sensor node on prestress-loss detection. Frequency shift and cross correlation deviation of impedance signature are utilized to estimate impedance variation due to prestress-loss.
Park, Chan-Sol;Kim, Kee-Dong;Han, Taek-Hee;Latif, Abdul;Kim, Doo-Kie
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.222-229
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2022
The extensive use of external prestressing system with PSC-I beam to strengthen reinforced and prestressed concrete members requires the full understanding of the behavior of the strengthened members. The main approach of this research was to experimentally investigate the flexural performance of the PSC-I beam considering external tendon and an equation was developed which indicated the produced incremental stress in the tendon due to applied load. Further, this equation was verified through performing static loading tests on two experimental specimens considering the presence or absence of external tendon. The test results revealed that, the flexural performance enhanced due to the use of external tendon. Moreover, the magnitude of the estimated flexural strength using proposed stress increasing equation almost coincides with the experimental test results. However, it was the evident of the improvement of the flexural performance of the system by reinforcing with the external tendon and also proved that the proposed equation was valid and effective.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.1-16
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2017
The compression or tension-controlled failure mode of concrete beams prestressed with unbonded FRP tendons is governed by the relative amount of prestressing tendon to the balanced one. Explicit assessment to determine the balanced reinforcement ratio of a beam with unbonded tendons (${\rho}^U_{pfb}$) is difficult because it requires a priori knowledge of the deformed beam geometry in order to evaluate the unbonded tendon strain. In this study, a theoretical evaluation of ${\rho}^U_{pfb}$ is presented based on a concept of three equivalent rectangular curvature blocks for simply supported concrete beams internally prestressed with unbonded carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) tendons. The equivalent curvature blocks were iteratively refined to closely simulate beam rotations at the supports, mid-span beam deflection, and member-dependent strain of the unbonded tendon at the ultimate state. The model was verified by comparing its predictions with the test results. Parametric studies were performed to examine the effects of various parameters on ${\rho}^U_{pfb}$.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.381-386
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1999
The member with external unbonded tendon has two remarkable characteristics, i.e., eccentricity variation and slip by friction force at deviators, compared with internal bonded or unbonded member. An efficient numerical procedure for the nonlinear analysis of prestressed concrete beam with external unbonded tendon considering two remarkable characteristics is formulated and corresponding computer code is developed. On the basis of statistical process of parametric study results, strain compatibility method, eccentricity variation predictor and tendon stress predictor at ultimate state are proposed and verified with test results and existing Codes, which can evaluate flexural behavior at ultimate state. Finally, the proposed procedure and predictors can be efficiently used for the realistic and accurate analysis of prestressed concrete members with external unbonded tendons.
The prestressed concrete continuous members with unbonded tendons were investigated while
comparing the experimental data with the analytical results. The comparison was carried out
with the program TAPS which can take into account the unbonded tendon effects. The subjects
that were interested included the load-deflection response, the design equations for the tendon
stress at failure, the effects of bonded reinforcements, the effects of span-depth ratio, the effects
of loading type. In this paper, contiriuous prestressed concrete members with unbonded ten
dons were investigated. Of twelve tests with continuous members, six were two-span beams and
six were three span one-way slats. Analytical results were compared favorably with experimental
data and disclosed that the tendon stress at flexural failure is the function of the amount of
bonded reinforcements, the loading types and patterns, and the tendon profile.
This paper presents a novel harmony search (HS)-based data-driven single input rule modules (SIRMs)-connected fuzzy inference system (FIS) for the prediction of stress in externally prestressed tendon. The proposed method attempts to extract causal relationship of a system from an input-output pairs of data even without knowing the complete physical knowledge of the system. The monotonicity property is then exploited as an additional qualitative information to obtain a meaningful SIRMs-connected FIS model. This method is then validated using results from test data of the literature. Several parameters, such as initial tendon depth to beam ratio; deviators spacing to the initial tendon depth ratio; and distance of a concentrated load from the nearest support to the effective beam span are considered. A computer simulation for estimating the stress increase in externally prestressed tendon, ${\Delta}f_{ps}$, is then reported. The contributions of this paper is two folds; (i) it contributes towards a new monotonicity-preserving data-driven FIS model in fuzzy modeling and (ii) it provides a novel solution for estimating the ${\Delta}f_{ps}$ even without a complete physical knowledge of unbonded tendons.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1994.04a
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pp.7-12
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1994
In structural analysis of prestressed concrete continuous flexural mambers, secondary effects produced by tendon forces should be reasonably estimated. The secondary moment at service load stags is normally used for ultimate required moment caculation in strength design. This concept has to be reviewed when precise analysis is performed considering construction step, time dependent properties of concrete and tendon. An ultimate moment computation proposed, concept and structural behavior. The previously proposed procedure by other researcher and the proposed procedure are compared and reviewed for the currently constructed precast prestressed concrete bridge.
In this study, experimental, numerical, and analytical approaches were carried out to evaluate the behavior and prestressing effect of prestressed composite beam by external tendon and cover plate. Behavior of prestressed composite beam, load-carrying capacity, effects of prestressing, and ultimate strength were estimated. The contribution of the section increase of the prestressing method using tendon was less than the prestressing method using cover plate. In accordance with numerical and analytical approaches, the ultimate strength of the prestressed composite beam is shown to be the same value because strength is determined according to the plastic resistance moment and the plastic neutral axis; however, both plastic resistance moment and neutral axis are not affected by prestressing force but affected by sectional stiffness of the prestressing member. Based on these approaches, we concluded that the prestressing method using tendon can be useful in applications without an increase in self-weight, and the prestressing method using high-strength cover plate can be applied to reduce the deflection of the composite beam. The prestressing method using high-strength cover plate can also be used to induce prestress of the composite beam in the case of a large deflection due to a smaller sectional stiffness of the composite beam.
Recently, prestressed H-Beam bridges with external unbonded Tendons are increasingly built. The mechanical behavior of prestressed steel H-beams is different from that of normal bonded PSC beams in a point of the slip of tendons at deviators and the change of tendon eccentricity that occurs, when service load are applied in external unbonded steel H-beams. The concept of prestressing steel structures has been widely considered, in spite of long and successful history of prestressing concrete members. In the study, The flexural test on prestressed steel H-beams has been performed in the various aspects of prestressed H-beam including the tendon type and profile. The load was plotted against the deflection and the strain respectively in the steel beam and prestressing bars. The value expected with the equation of internal force equilibrium and compatibility between the deflection of the bars and the H-beam was found to correlate well with the measured data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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