Reinforced concrete (RC) beams can be subjected to a complex combination of shear forces (V), torsional moments (T), flexural moments (M) and axial loads (N). This paper proposes a unified approach for the analysis of these elements. An existing model for the analysis of orthogonally reinforced concrete membrane elements subjected to in-plane shear and normal stresses is generalized to apply to the case of beams subjected to the complex loading. The combination of V and T can be critical. Torsion is modelled using the hollow-tube analogy. A direct equation for the calculation of the thickness of the equivalent hollow tube is proposed, and the shear stresses caused by V and T are combined using a simple approach. The development and the evaluation of the model are described. The calculations of the model are compared to experimental data from 350 beams subjected to various combinations of stress-resultants and to the calculations of the ACI and the CSA codes. The proposed model provides the most favorable results. It is also shown that it can accurately model the interaction between V and T. The proposed model provides a unified treatment of shear in beams subjected to complex stress-resultants and in thin membrane elements subjected to in-plane stresses.
Several structural calamities in the second half of the 20th century have shown that adequate collapse-resistance cannot be achieved by designing the individual elements of a structure without taking their interconnectivity into consideration. It has long been acknowledged that membrane behaviour of reinforced concrete structures can significantly increase the robustness of a structure and delay a complete collapse. An experimental large-scale test was conducted on a horizontally restrained, continuous reinforced concrete slab exposed to an artificial failure of the central support and subsequent loading until collapse of the specimen. Within this investigation the development of catenary action associated with the formation of large displacements was observed to increase the ultimate load capacity of the specimen significantly. The development of displacements, strains and horizontal forces within this investigation confirmed a load transfer process from an elastic bending mechanism to a tension controlled catenary mechanism. In this contribution a special focus is directed towards strain and crack development at critical sections. The results of this contribution are of particular importance when validating numerical models related to the development of catenary action in concrete slabs.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.153-160
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2003
Nonlinear finite element analysis of reinforced concrete panels subjected to biaxial tensile loads are carried out by using a 9-node assumed strain shell element. The present study mainly focuses on the performance evaluation of material models such as cracking criteria, tension stiffening model and steel model in the membrane energy dominant situation. From numerical results, the exponential form of tension stiffening model together with the use of average yield stress model for the steel embedded in the concrete performs well in the panel analysis under biaxial tensile loading condition and it produces a good agreement with experiment results. Finally, the present results are provided as a benchmark test for reinforced concrete panel structures.
In this study, we investigated a life cycle assessment (LCA) of six roof-waterproofing systems [asphalt (C1), synthetic polymer-based sheet (C2), improved asphalt (C3), liquid applied membrane (C4), Metal sheet with asphalt sheet (N1), and liquid applied membrane with asphalt sheet (N2)]for reinforced concrete building using an architectural model. To acquire accurate and realistic LCA results, minimum units of material compositions for life cycle inventory and real data for compositions of waterproofing materials were used. Considering only materials and energy demands for waterproofing systems per square meter, higher greenhouse gas (GHG) emissions could be generated in the order of C1 > N2 > C4 > N1 > C2 > C3 during construction phase. However, the order was changed to C1 > C4 > C3 > N2 > N1 > C2, when the actual architecture model was applied to the roof based on each specifications. When an entire life cycle including construction, maintenance, and deconstruction were considered, the amount of GHG emission was in the order of C4 > C1 > C3 > N2 > C2 > N1. Consequently, N1 was the most environmental-friendly waterproofing system producing the lowest GHG emission. GHG emissions from maintenance phase accounted for 71.4%~78.3% among whole life cycle.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.138-144
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2013
This study is for quality standard establishment of urethane waterproofing membrane method which is mostly applied to waterproofing method for underground parking lot and rooftop. The experiments were carried out on color differences, membrane thickness, tensile property by curing period of liquid urethane before placing protective concrete, and resistance of crack movement according to different substrate surface and reinforcement of non-woven fabric. As a result of experiments, it was found that color differences is increase, membrane thickness is thick, tensile property is low as concrete placing period is shorter. In the fatigue property, membrane thickness of 3 mm was not broken, but 1~2 mm was broken and in the case of the membrane reinforced with non-woven fabric was more stable comparatively non-reinforcement one.
The capability of a multi-directional fixed smeared crack constitutive model to simulate the flexural/punching failure modes of fiber reinforced concrete (FRC) laminar structures is discussed. The constitutive model is implemented in a computer program based on the finite element method, where the FRC laminar structures were simulated according to the Reissner-Mindlin shell theory. The shell is discretized into layers for the simulation of the membrane, bending and out-of-plane shear nonlinear behavior. A stress-strain softening diagram is proposed to reproduce, after crack initiation, the evolution of the normal crack component. The in-plane shear crack component is obtained using the concept of shear retention factor, defined by a crack-strain dependent law. To capture the punching failure mode, a softening diagram is proposed to simulate the decrease of the out-of-plane shear stress components with the increase of the corresponding shear strain components, after crack initiation. With this relatively simple approach, accurate predictions of the behavior of FRC structures failing in bending and in shear can be obtained. To assess the predictive performance of the model, a punching experimental test of a module of a façade panel fabricated with steel fiber reinforced self-compacting concrete is numerically simulated. The influence of some parameters defining the softening diagrams is discussed.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.4
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pp.7-13
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2002
The behaviors of the reinforced concrete membrane elements are expected by Navier's three principles of the mechanics of materials. The adopted cyclic stress-strain curves of concrete consist of seven different unloading and loading stages in the compressive zone and six other stages in the tensile zone. The curves took into account the softening of concrete that was influenced by the tensile strain in the perpendicular direction of cracks. The stress-strain relationships for steel bar embedded in concrete subjected to reversed cyclic forces considered the tension stiffening effect and Baushinger effect. The predicted results of the analysis based on Navier's principles were in good agreement with the observed shear stress-strain relationships as well as transverse and longitudinal strains.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.3
no.1
s.7
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pp.77-85
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2003
This paper presents a truss model that can predict the shear behavior of reinforced concrete (RC) beams subjected to the combined actions of shear and flexure. Unlike other truss models, the proposed truss model, TATM, takes into account the effect of the flexural moment on the shear strength of RC beams with different shear span-to-depth ratios. To check the successfulness of the proposed model experimentally obtained stress shear strain curves were compared to the predicted ones using the proposed truss model. Furthermore, the shear strengths of 170 RC test beams with variable shear span-to-depth ratios were compared to the shear strengths as given by the truss model reported in this paper.
Tamayo, Jorge Luis Palomino;Awruch, Armando Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.5
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pp.799-823
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2016
A finite element model for the non-linear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) containment shell of a nuclear power plant subjected to extreme loads such as impact and earthquake is presented in this work. The impact is modeled by using an uncoupled approach in which a load function is applied at the impact zone. The earthquake load is modeled by prescribing ground accelerations at the base of the structure. The nuclear containment is discretized spatially by using 20-node brick finite elements. The concrete in compression is modeled by using a modified $Dr{\ddot{u}}cker$-Prager elasto-plastic constitutive law where strain rate effects are considered. Cracking of concrete is modeled by using a smeared cracking approach where the tension-stiffening effect is included via a strain-softening rule. A model based on fracture mechanics, using the concept of constant fracture energy release, is used to relate the strain softening effect to the element size in order to guaranty mesh independency in the numerical prediction. The reinforcing bars are represented by incorporated membrane elements with a von Mises elasto-plastic law. Two benchmarks are used to verify the numerical implementation of the present model. Results are presented graphically in terms of displacement histories and cracking patterns. Finally, the influence of the shear transfer model used for cracked concrete as well as the effect due to a base slab incorporation in the numerical modeling are analyzed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.1
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pp.175-181
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2010
The three truss models(equilibrium truss model, Mohr compatibility truss model, and the soften truss model) based on a rotating angle is called the rotating-angle model. The three rotating-angle models have a common weakness: they are incapable of predicting the so-called "contribution of concrete". To take into account this "contribution of concrete", the modern truss model(MCFT, STM) treats a cracked reinforced concrete element as a continuous material. By combining the equilibrium, compatibility, and the softened stress-strain relationship of concrete in biaxial state, MTM is capable of producing the nonlinear analysis of reinforced concrete structures composed of membrane element. In this paper, an efficient algorithm is proposed for the solution of proposed model incorporated with failure criteria. This algorithm is used to analyze the behavior of reinforced membrane element using the results of Hsu test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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