KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.3
no.4
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pp.1-10
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1983
The deformation and crack width of concrete walls of slabs, plates, panels and shells reinforced by a regular rectangular net of reinforcing bars and subjected to in-plane (membrane) internal forces is analyzed on the basis of a realistic model which takes into account the frictional-dilatant behavior of rough interlocked cracks, the effect of tension stiffening, and the dowel action of bars at crack crossings. Extensive numerical computer studies are carried out, and the reinforcement designs obtained from equilibrium conditions alone on the basis of either the classical frictionless approach or the recent frictional approach are compared in terms of the resulting crack widths. It is found that the use of frictional equilibrium design based on a low friction coefficient leads to a much smaller crack width than the classical frictionless design. The influences of bar diameter and crack spacing on the crack width are also studied. The model allows more realistic deformation analysis of reinforced concrete structures.
Over-coating is one of the most popular engineering practices to strengthen Reinforced Concrete (RC) structures, due to the relative quickness and ease of construction. It consists of an external coat bonded to the outer surface of the structural RC element, either by the use of chemical adhesives, mechanical anchor bolts or simply mortar injection. In contrast to these constructive advantages, the numerical estimation of the bearing capacity of the strengthened reinforced concrete element is still complicated, not only for the complexity of modelling a flexible membrane or plate attached to a quasi-rigid solid, but also for the difficulties that raise of simulating any potential delamination between both materials. For these reasons, the standard engineering calculations used in the practice remain very approximated and clumsy. In this work, we propose the formulation of a new 2D solid-layer finite element capable to link a solid body with a flexible thin layer, as it were the "skin" of the body, allowing the potential delamination between both materials. In numerical terms, this "skin" element is intended to work as a transitional region between a solid body (modelled with a classical formulation of a standard quadrilateral four-nodes element) and a flexible coat layer (modelled with cubic beam element), dealing with the incompatibility of Degrees-Of-Freedom between them (two DOF for the solid and three DOF for the beam). The aim of the solid-layer element is to simplify the mesh construction of the strengthened RC element being aware of two aspects: a) to prevent the inappropriate use of very small solid elements to simulate the coat; b) to improve the numerical estimation of the real bearing capacity of the strengthened element when the coat is attached or detached from the solid body.
Over-coating is one of the most popular engineering practices to strengthen Reinforced Concrete (RC) structures, due to the relative quickness and ease of construction. It consists of an external coat bonded to the outer surface of the structural RC element, either by the use of chemical adhesives, mechanical anchor bolts or simply mortar injection. In contrast to these constructive advantages, the numerical estimation of the bearing capacity of the strengthened reinforced concrete element is still complicated, not only for the complexity of modelling a flexible membrane or plate attached to a quasi-rigid solid, but also for the difficulties that raise of simulating any potential delamination between both materials. For these reasons, the standard engineering calculations used in the practice remain very approximated and clumsy. In this work, we propose the formulation of a new 2D solid-layer finite element capable to link a solid body with a flexible thin layer, as it were the "skin" of the body, allowing the potential delamination between both materials. In numerical terms, this "skin" element is intended to work as a transitional region between a solid body (modelled with a classical formulation of a standard quadrilateral four-nodes element) and a flexible coat layer (modelled with cubic beam element), dealing with the incompatibility of Degrees-OfFreedom between them (two DOF for the solid and three DOF for the beam). The aim of the solid-layer element is to simplify the mesh construction of the strengthened RC element being aware of two aspects: a) to prevent the inappropriate use of very small solid elements to simulate the coat; b) to improve the numerical estimation of the real bearing capacity of the strengthened element when the coat is attached or detached from the solid body.
Recently reinforced retaining walls secure their position as a stabilized method of construction replacing concrete retaining walls gradually. However, in the event of using extensible reinforcement, a bulging phenomenon can be happened in the front of reinforced retaining walls. Bulging of reinforced retaining walls means a phenomenon that, in the height of an arbitrary block, the upper part and the lower part of the block don't secure a relative position in design. Therefore, it is judged that it has the necessity to be examined in design since reinforcement needs metamorphosis to some degree to display tensile force. Therefore, the study examined about how extensibility of reinforcement had an effect on movement of reinforced retaining walls through a small-scale model test with aluminum rods. The study used Changhoji(traditional korean paper made from mulberry bark) as inextensible reinforcement and membrane as extensible reinforcement. As the result of the test, rigidity of reinforcement had a lot of effects on displacement of reinforced retaining walls and generally occurrence point of the maximum horizontal displacement had a tendency transferring to the upper part of walls according to rigidity of reinforcement was increased.
Two cases of design are performed for the hyperbolic paraboloid saddle shell (Lin-Scordelis saddle shell) and the hyperbolic cooling tower (Grand Gulf cooling tower) to check the design strength against a consistent design load, therefore to verify the adequacy of the design algorithm. An iterative numerical computational algorithm is developed for combined membrane and flexural forces, which is based on equilibrium consideration for the limit state of reinforcement and cracked concrete. The design algorithm is implemented in a finite element analysis computer program developed by Mahmoud and Gupta. The amount of reinforcement is then determined at the center of each element by an elastic finite element analysis with the design ultimate load. Based on ultimate nonlinear analyses performed with designed saddle shell, the analytically calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 7% to 34% for analyses with various magnitude of tension stiffening. For the cooling tower problem the calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 26% to 63% with similar types of analyses. Since the effective tension stiffening would vary over the life of the shells due to environmental factors, a degree of uncertainty seems inevitable in calculating the actual failure load by means of numerical analysis. Even though the ultimate loads are strongly dependent on the tensile properties of concrete, the calculated ultimate loads are higher than the design ultimate loads for both design cases. For the cases designed, the design algorithm gives a lower bound on the design ultimate load with respect to the lower bound theorem. This shows the adequacy of the design algorithm developed, at least for the shells studied. The presented design algorithm for the combined membrane and flexural forces can be evolved as a general design method for reinforced concrete plates and shells through further studies involving the performance of multiple designs and the analyses of differing shell configurations.
This paper proposed a numerical investigation based on finite elements analysis (FEA) in order to study the punching shear behavior of reinforced concrete (RC) flat slabs using ABAQUS and SAP2000 programs. Firstly, the concrete and the steel reinforcements were modeled by hexahedral 3D solid and linear elements respectively, and the nonlinearity of the used materials was considered. In order to validate this model, experimental results considered in literature were compared with the proposed FE model. After validation, a parametric study was performed. The parameters include the slab thickness, the flexure reinforcement ratios and the axial membrane loads. Then, to reduce the time of FEA, a simplified modelling using 3D layered shell element and shear hinge concept was also induced. The effect of the footings settlement was studied using the proposed simplified nonlinear model as a case study. Results of numerical models showed that increase of the slab thickness by 185.7% enhanced the ultimate load by 439.1%, accompanied with a brittle punching failure. The punching failure occurred in one of the tested specimens when the tensile reinforcement ratio increased more than 0.65% and the punching capacity improved with increasing the horizontal flexural reinforcement; it decreased by 30% with the settlement of the outer footings.
Park, Jin-Sang;Choi, Su-Young;Park, Wan-Goo;Kim, Dong-Bum;Kim, Byoung-Il;Oh, Sang-Keun
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2017.05a
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pp.242-243
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2017
Despite its excellent properties, polyurea coating waterproofing material is exposed to sunlight when it is applied to the exterior wall of concrete by exposed waterproofing method such as a roof of a building, resulting in a problem of causing a large deterioration in performance compared to initial properties. The purpose of this study is to investigate the effect of carbon fiber incorporation on the performance of carbon fiber - reinforced polyureas and to study the optimum carbon fiber length and content respectively. Result of the study confirmed that the performance of the carbon fiber was improved by 2% or more, and the carbon fiber length was 30 ㎛ and the mixing ratio was 3%. It is expected that stable durability can be secured when manufacturing fiber-incorporated polyureas.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.4
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pp.99-107
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2003
Normally coating is used a method for protecting reinforced concrete. For this purpose, organic as well as inorganic coatings are used. The advantages of inorganic coatings are lower absorption of UV, non-burning etc. On the other hand, organic coatings have the advantage of low permeability of $CO_2$, $SO_2$ and water. Organic coatings provide better protection for reinforced concrete. However, in organic coatings such as epoxy, urethane and acryl, long-term adhesive strength is reduced and the formed membrane of those is blistered by various causes. Also when organic coatings are applied to the wet surface of concrete, they have a problem with adhesion. So, we developed coating material, WGS-Eco which was hybridized with polymer and cement based material to protect concrete structures and solve problems of organic coatings. This study was conducted an comparative evaluation on physical and durable performance of developed coating material and previously used coating materials. As a result, the performance of developed coating material was not inferior to organic coating materials. So, the developed coating material was considered as a suitable coating material which had advantages of inorganic and organic coatings for protecting concrete.
A TSL (Thin Spray-on Liner) has a higher initial strength and faster construction time than conventional cementitious shotcrete. Because of its high adhesion and tensile strength, the TSL reinforced concrete show a characteristic like composite materials. In this study, to consider an application to the conventional design method, ASD (allowable stress design), numerical study was used. In the numerical analysis, material and contact properties were adopt from previous studies. Then a thickness of concrete in the tunnel was evaluated with the TSL reinforced case by the ASD concept. In other words, bending compressive stress, bending tensile stress and shearing force of the concrete were considered to determine a thickness of concrete lining by the given boundary conditions. From the numerical analysis, there was no tendency to show by the ASD because the ASD is based on the elastic theory while the TSL typically contributes to reinforcement after yielding.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.4
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pp.59-70
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1992
Inelastic nonlinear behavior of a hyperbolic cooling tower under wind loading is studied using a finite element program developed on a Cray Y-MP. Convergence studies for the elastic and inelastic analyses are performed using three mesh models. It is shown that the mesh convergence plays an important role in accurately predicting the inelastic behavior of a cooling tower. Even though the cooling tower resists the applied forces through membrane stresses, it is found that the bending stresses play an important role in the failure and behavior of the cooling tower. The present analysis gives a shape factor of 1.48, which indicates a significant redistribution of meridional stresses. It is further evidenced by the distribution of meridional reinforcement yielding which reaches up to $30^{\circ}$ from the windward meridian. The present practice of using elastic analysis for calculating the design stresses appears to be at least safe and conservative. A more comprehensive study should lead to conclusions that would allow use of a higher-than-one shape factor, thus requiring less meridional reinforcement than the present design method does.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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