In this study, a design process for reinforced concrete structures using the nonlinear FEM analysis is developed. Instead of using the nonlinear analysis to evaluate the required performance after design process, the nonlinear analysis is applied before designing the reinforcement arrangement inside the RC structures. An automatic reinforcement generator for computer aided reinforcement agreement is developed for this purpose. Based on a nonlinear FEM program for analyzing the reinforced concrete structure, a smart fictitious material model of steel, is proposed which can self-adjust the reinforcement to the required amount at the cracking location according to the load increment. Using this tool, the reinforcement ratio required at design load level can be decided automatically. In this paper, an example of RC beam with opening is used to verify the proposed process. Finally, a trial design process for a real size underground RC LNG tank is introduced.
Reinforced concrete (RC) structures consist of two different materials: concrete and steel bar. The stress transfer behaviour between the two materials through bond plays an important role in the load-carrying capacity of RC structures, especially when they subject to lateral load such as blast and seismic load. Therefore, bond and slip between concrete and reinforcement bar will affect the response of RC structures under such loads. However, in most numerical analyses of blast-induced structural responses, the perfect bond between concrete and steel bar is often assumed. The main reason is that it is very difficult to model bond slip in the commercial finite element software, especially in hydrodynamic codes. In the present study, a one-dimensional slide line contact model in LS-DYNA for modeling sliding of rebar along a string of concrete nodes is creatively used to model the bond slip between concrete and steel bars in RC structures. In order to model the bond slip accurately, a new approach to define the parameters of the one-dimensional slide line model from common pullout test data is proposed. Reliability and accuracy of the proposed approach and the one-dimensional slide line in modelling the bond slip between concrete and steel bar are demonstrated through comparison of numerical results and experimental data. A case study is then carried out to investigate the bond slip effect on numerical analysis of blast-induced responses of a RC column. Parametric studies are also conducted to investigate the effect of bond shear modulus, maximum elastic slip strain, and damage curve exponential coefficient on blast-induced response of RC columns. Finally, recommendations are given for modelling the bond slip in numerical analysis of blast-induced responses of RC columns.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.04b
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pp.585-591
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1998
In the case of reinforced concrete beams strengthening by steel plate, sometimes these beams collapse due to the stress concentration at the ends of steel plates before the design expected failure. This kind of failure is called premature failure. This study analyzes the behavior of strengthened RC beams to control premature failure of these plated beams with either changing the geometries at the ends of plates or strengthening steel plates beside the ends. The results from the former cases show that, the effect of expanded plates sections at the ends was very small, and the beams which are rounded the ends of plates effectively increased the initial rip-off loads about 14% compared with control beam but the ultimate loads was almost same. However, the beams in the latter cases effectively increased the initial and the ultimate rip-off loads with changing failure mode, especially around 14~19% in the ultimate rip-off load comparing with control beam.
Hybrid Steel-Trussed Concrete Beam (HSTCB) is structural typology suitable for light industrialization. HSTCBs usually cover long span with small depths, which lead to significant amount of longitudinal rebars. The latter make beam-column joints more prone to damage due to earthquake-induced cyclic actions. This phenomenon can be avoided using friction-based BCCs. Friction devices at Beam-to-Column Connections (BCCs) have become promising solutions to reduce the damage experienced by structural members during severe earthquakes. Few solutions have been developed for cast-in-place Reinforced Concrete (RC) and steel-concrete composite Moment Resisting Frames (MRFs), because of the difficulty of designing cost-effective damage-proof connections. This paper proposes a friction-based BCC for RC MRFs made with HSTCBs. Firstly, the proposed connection is described, and its innovative characteristics are emphasized. Secondly, the design method of the connection is outlined. A detailed 3D FE model representative of a beam-column joint fitted with the proposed connection is developed. Several monotonic and cyclic analyses are performed, investigating different design moment values. Lastly, the numerical results are discussed, which demonstrate the efficiency of the proposed solution in preventing damage to RC members, and in ensuring satisfactory dissipative capacity.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.259-264
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2002
This paper describes an attempt to develop a unified design approach for reinforced concrete short beam failing in shear based on a Arch Factor. Designing for short beam in shear is not as straightforward as designing for flexure due to the complicated interdependency of the variables involved and to the nonexistence of a rational theory tn current design code. Shear failure of reinforced concrete beams with stirrups is influenced greatly because of the actual geometrical shape(a/d) of the concrete and flexural reinforcement steel ratio, stirrup reinforcement ratio and concrete compression strength, size effect etc. The objective of this paper is to present a pilot study to develop a simplified physical model for estimating shear behavior of reinforced concrete short beams. The Key idea incorporated with this model is the Arch factor, introduced by Kim and White.
Rebar corrosion in concrete is one of the main causes of reduction of service life of reinforced concrete buildings. This paper presents the influence of rebar corrosion on the structural behavior of reinforced concrete (RC) buildings subjected to strong earthquake ground motion. Different levels of rebar corrosion scenarios were applied on a typical four story RC frame. The deteriorated conditions as a result of these scenarios include loss in cross-sectional area and loss of mechanical properties of the reinforcement bars, loss in bond strength, and loss in concrete strength and its modulus of elasticity. Dynamic analyses of the frame with different corrosion scenarios are performed with selected strong earthquake ground motion records. The influences of degradation in both concrete and reinforcement on structural behavior are investigated by comparing the various parameters of the frame under different corrosion scenarios with respect to each other. The results show that the progressive deterioration of the frame due to rebar corrosion causes serious structural behavior changes such as change in failure mode. The intensity, propagation time, and extensity of rebar corrosion have very important effects on the level of degradation of steel and concrete, as well as on the earthquake behavior of the structure.
The interaction between concrete core expansion and deformation of perimeter ties has been known to have a significant effect on the effective confinement of rectangular reinforced concrete (RC) tied columns. This interaction produces passive confining pressure to the concrete core. Most existing models for determining the response of RC tied columns do not directly account for the influence of flexural stiffness of the ties and the variation of confining stress along the column height. This study presents a procedure for determining the confined compressive strength of RC square columns confined by rectilinear ties with various tie configurations considering directly the influence of flexural flexibility of the ties and the variation of confining stress along the vertical direction. The concept of area compatibility is employed to ensure compatibility of the concrete core and steel hoop in a global sense. The proposed procedure yields satisfactory predictions of confined strengths compared with experimental results, and the influence of tie flexibility, tie configuration and degree of confinement can be well captured.
One of the most common strategies for retrofitting as-built reinforced concrete (RC) columns is to enlarge the existing section through the application of a new concrete layer reinforced by both steel transverse and longitudinal reinforcements. The present study was dedicated to developing a comprehensive model to predict the seismic behavior of as-built RC jacketed columns. For this purpose, a new sectional model was developed to perform moment-curvature analysis coupled by the plastic hinge method. In this analysis-oriented model, new methodologies were suggested to address the impacts of axial, flexural and shear mechanisms, variable confining pressure, eccentric loading, longitudinal bar buckling, and varying axial load. To consider the effective interaction between core and jacket, the monolithic factor approach was adopted to extent the response of the monolithic columns to that of a respective RC jacket strengthened column. Next, parametric studies were implemented to examine the effectiveness of the main parameters of the RC jacket strategy in retrofitting as-built RC columns. Ultimately, the reliability of the developed analytical model was validated against a series of experimental results of as-built and retrofitted RC columns.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.5A
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pp.369-378
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2011
In this paper, the response analysis of RC(Reinforced Concrete), SC(Steel-Plate Concrete) containment buildings subjected to a large aircraft impact is performed using Autodyn-3D as Hydrocode. Until now, the impact load in the analysis of aircraft impacts has been applied to target structures at the local area by using the impact load-time history function of Riera. However in this paper, the results of aircraft crash are analyzed by using an aircraft model similar to Boeing 767 and verified by comparing the generated history of the aircraft crash against the rigid target with another history by using the Riera's function. To estimate the resistivity of the impact, the response and safety of SC containment buildings, this study is performed by comparing the four cases of plane concrete, reinforced concrete, bonded containment liner plate at reinforced concrete, and SC structure. Thus, the different behaviors between SC and RC structures when they are subjected to the extreme impact load could be anticipated. Consequently, the improved safety is expected by replacing RC structure with SC structure for nuclear power plants.
This paper presents an experimental investigation into the effectiveness of using carbon fibre reinforced polymer (CFRP) and steel plates to repair damaged reinforced concrete (RC) beams with circular web openings at shear zones. It highlights the effectiveness of externally bonded CFRP and steel plates in repairing damaged RC beams by analysing the repaired beams'load capacity, deflection, strain, and failure mode. For the experiment, a total of five beams were used, with one solid beam as a control beam and the other four beams having an opening near the shear zone. Two beams with openings were repaired using inclined and vertical configuration CFRP plates, and the other two were repaired using inclined and vertical configuration steel plates. The results confirm the effectiveness of CFRP and steel plates for repairing damaged RC beams with circular openings. The CFRP and steel plates significantly increase ultimate capacity and reduce deflection under the openings. The inclined configuration of both CFRP and steel plates was more effective than the vertical configuration. Using an inclined configuration not only increases the ultimate capacity of the beams but also changes the mode of failure from shear to flexural.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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