The purpose of this paper is to present an analysis method which can exactly analyze load-deflection
relationships. crack propagations and stresses and strains of steel reinforccnlent and concrete in hehaviors of elastic, mclastic and ultlmate ranges of reinforced concretc beams under
monotonically increasing loads. For these purposes, the material nonlinearities are taken into account
by comprising the tension. compression and shear models of cracked concrete and a model
for reinforcement in the concrete. Smeared crack model is used as a modeling of concrete. The
steel reinforcement is assumed to be in an uniaxial stress state and modeled srncaretl layers of
eqivalent thickness and line elernents for correct positiori arid behavior.
For the verification of application and validity of the method proposed in this paper, several
numerical examples are analyzed and compared with those from other researchers. As a results,
this method shown in 3.5-15(%) error is correct.
This paper mainly discusses the influence of the aggregate properties including grading, shape, content and distribution on the chloride diffusion coefficient, as well as the initiation time of steel corrosion from a probabilistic point of view. Towards this goal, a simulation method of random aggregate structure (RAS) based on elliptical particles and a procedure of finite element analysis (FEA) at meso-scale are firstly developed to perform the analysis. Next, the chloride diffusion coefficient ratio between concrete and cement paste $D_{app}/D_{cp}$ is chosen as the index to represent the effect of aggregates on the chloride diffusion process. Identification of the random distribution of this index demonstrates that it can be viewed as actually having a normal distribution. After that, the effect of aggregates on $D_{app}/D_{cp}$ is comprehensively studied, showing that the appropriate properties of aggregates should be decided by both of the average and the deviation of $D_{app}/D_{cp}$. Finally, a case study is conducted to demonstrate the application of this mesoscopic method in predicting the initiation time of steel corrosion in reinforced concrete (RC) structures. The mesoscopic probabilistic method developed in this paper can not only provide more reliable evidences on the proper grading and shape of aggregates, but also play an important role in the probability-based design method.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.5
s.51
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pp.73-83
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2006
The purpose of this study is to investigate the seismic behavior of reinforced concrete pier walls under cyclic out-of-plane loading and to develop improved seismic design criteria. The accuracy and objectivity of the assessment process can be enhanced by using a sophisticated nonlinear finite element analysis program. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. A 4-node flat shell element with drilling rotational stiffness is used for spatial discretization. The layered approach is used to discretize the behavior of concrete and reinforcement through the thickness. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The method is verified a useful tool to assess the seismic performance of reinforced concrete pier walls subjected to cyclic out-of-plane load through comparing with reliable experimental results.
Reinforced concrete beams are often retrofitted with various FRP composite sheets. This paper is focused on the comparison of structural performance of various FRP sheets and proposal of the retrofitting design formula. Effects of the FRP kinds(AFRP, GFRP, CFRP) and the reinforcing steel ratio on behavior of the retrofitting beams are tested and analyzed with particular emphasis on the maximum load capacity, stiffness, and ductility. The experimental work included 4 point flexural testing of 3.2m span reinforced concrete beams with bonded external reinforcements. The results show that the difference of FRP kinds is not large and the flexural load capacity is mainly affected by stiffness of the retrofitting materials. This paper also proposes the design formula on the retrofitting reinforced concrete flexural members and checks with this experimantal work and previous research results.
Providakis, C.P.;Triantafillou, T.C.;Karabalis, D.;Papanicolaou, A.;Stefanaki, K.;Tsantilis, A.;Tzoura, E.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.5
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pp.811-830
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2014
A numerical study has been carried out to simulate an innovative monitoring procedure to detect and localize damage in reinforced concrete beams retrofitted with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) unidirectional laminates. The main novelty of the present simulation is its ability to conduct the electromechanical admittance monitoring technique by considerably compressing the amount of data required for damage detection and localization. A FEM simulation of electromechanical admittance-based sensing technique was employed by applying lead zirconate titanate (PZT) transducers to acquire impedance spectrum signatures. Response surface methodology (RSM) is finally adopted as a tool for solving inverse problems to estimate the location and size of damaged areas from the relationship between damage and electromechanical admittance changes computed at PZT transducer surfaces. This statistical metamodel technique allows polynomial models to be produced without requiring complicated modeling or numerous data sets after the generation of damage, leading to considerably lower cost of creating diagnostic database. Finally, a numerical example is carried out regarding a steel-reinforced concrete (RC) beam model monotonically loaded up to its failure which is also retrofitted by a CFRP laminate to verify the validity of the present metamodeling monitoring technique. The load-carrying capacity of concrete is predicted in the present paper by utilizing an Ottosen-type failure surface in order to better take into account the passive confinement behavior of retrofitted concrete material under the application of FRP laminate.
Previous experimental researches indicate that reinforced concrete beam-column joints play an important role in the mechanical properties of moment resisting frame structures, so as to require proper design. In order to get better understanding of the beam-column joint performance, a rational model needs to be developed. Based on the former considerations, two typical models for calculating the shear carrying capacity of the beam-column joint including the inelastic reinforced concrete joint model and the softened strut-and-tie model are selected to be introduced and analyzed. After examining the applicability of two typical models mentioned earlier to interior beam-column joints, several adjustments are made to get better predicting of the test results. For the softened strut-and-tie model, four adjustments including modifications of the depth of the diagonal strut, the inclination angle of diagonal compression strut, the smeared stress of mild steel bars embedded in concrete, as well as the softening coefficient are made. While two adjustments for the inelastic reinforced concrete joint model including modifications of the confinement effect due to the column axial load and the correction coefficient for high concrete are made. It has been proved by test data that predicted results by the improved softened strut-and-tie model or the modified inelastic reinforced concrete joint model are consistent with the test data and conservative. Based on the test results, it is also not difficult to find that the improved beam-column joint model can be used to predict the joint carrying capacity and cracks development with sufficient accuracy.
The 180 minutes fire test based on the standard curve of ISO-834 were conducted on three RC column specimens with different constant axial loading ratios to evaluate the fire performance of fiber cocktail (polypropylene+steel fiber) reinforced high strength concrete column. The columns were tested under three loading levels as 40%, 50%, and 61% of the design load. No explosive spalling has been observed and the original color of specimen surface has been changed to light pinkish grey. The maximum axial displacements of three specimens were 1.5~2.2 mm. There was no reduction in load bearing capacity of each specimen exposed to fire and no effect were observed on the fire performance within 61% of the design load. The tendencies of the results with loading, such as the temperature distribution of in concrete and the changes in temperature rise due to the water vaporization in concrete, are very similar to those without loading. The final temperatures of steel rebar after 180 minutes of fire test resulted in 491.4${^{\circ}C}$ for corner rebar, 329.0${^{\circ}C}$ for center rebar, and 409.8${^{\circ}C}$ for total mean of steel rebar. The difference of mean temperature between corner and center rebar was 153.7${^{\circ}C}$ㅍ. The tendency of temperature rise in concrete and steel rebar changed after 30~50 minutes from the starting time of the fire test because the heat energy influx into corner rebar is larger than that into center rebar. The cause of decrease in temperature rise was due to the water vaporization in concrete, the lower temperature gradient of the concrete with steel and polypropylene fiber cocktails, the moisture movement toward steel rebars and the moisture clogging.
Ha, Ju-Hyung;Yi, Na-Hyun;Kim, Sung-Bae;Choi, Jong-Kwon;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.1
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pp.93-102
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2010
Recently, FRP usage for strengthening RC structures in civil engineering has been increasing. Especially, the use of FRP to strengthen structures against blast loading is growing rapidly. To estimate FRP retrofitting effect under blast loading, blast tests with nine $1,000{\times}1,000{\times}150\;mm$ RC panel specimens, which were retrofitted with carbon fiber reinforced polymer (CFRP), Polyurea, CFRP with Poly-urea and basalt fiber reinforced polymer (BFRP) have been carried out. The applied blast load was generated by the detonation of 15.88 kg ANFO explosive charge at 1.5 m standoff distance. The data acquisitions not only included blast waves of incident pressure, reflected pressure, and impulse, but also included central deflection and strains at steel, concrete, and FRP surfaces. The failure mode of each specimen was observed and compared with a control specimen. From the test results, the blast resistance of each retrofit material was determined. The test results of each retrofit material will provide the basic information for preliminary selection of retrofit material to achieve the target retrofit performance and protection level.
The strain rate of reinforced concrete (RC) structures stimulated by earthquake action has been generally recognized as in the range from $10^{-4}/s$ to $10^{-1}/s$. Because both concrete and steel reinforcement are rate-sensitive materials, the RC beam-column joints are bound to behave differently under different strain rates. This paper describes an investigation of seismic behavior of RC beam-column joints which are subjected to large cyclic displacements on the beam ends with three loading velocities, i.e., 0.4 mm/s, 4 mm/s and 40 mm/s respectively. The levels of strain rate on the joint core region are correspondingly estimated to be $10^{-5}/s$, $10^{-4}/s$, and $10^{-2}/s$. It is aimed to better understand the effect of strain rates on seismic behavior of beam-column joints, such as the carrying capacity and failure modes as well as the energy dissipation. From the experiments, it is observed that with the increase of loading velocity or strain rate, damage in the joint core region decreases but damage in the plastic hinge regions of adjacent beams increases. The energy absorbed in the hysteresis loops under higher loading velocity is larger than that under quasi-static loading. It is also found that the yielding load of the joint is almost independent of the loading velocity, and there is a marginal increase of the ultimate carrying capacity when the loading velocity is increased for the ranges studied in this work. However, under higher loading velocity the residual carrying capacity after peak load drops more rapidly. Additionally, the axial compression ratio has little effect on the shear carrying capacity of the beam-column joints, but with the increase of loading velocity, the crack width of concrete in the joint zone becomes narrower. The shear carrying capacity of the joint at higher loading velocity is higher than that calculated with the quasi-static method proposed by the design code. When the dynamic strengths of materials, i.e., concrete and reinforcement, are directly substituted into the design model of current code, it tends to be insufficiently safe.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.1
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pp.46-53
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2023
In this paper, we evaluated the flexural performance of three types of reinforced concrete beams (SHCC-RB, SHCC-SB, SHCC-FRP) strengthened with ordinary steel rebar, very high strength (super strength) rebar, and FRP bars together with strain-hardening cement composite (SHCC). For this purpose, a series of beam specimens were manufactured and four-point load bending experiments were performed. As a result of the experiment, all specimens strengthened with SHCC exhibited tightly controlled flexural microcrakcs with the crack width of less than 100 ㎛. This is mostly due to the material properties of SHCC showing tensile strain hardening properties with multiple microcracks under uniaxial tension. The specimen SHCC-FRP showed lower initial cracking moment and yield flexural strength than SHCC-RB, whereas the maximum flexural strength of SHCC-FRP was superior to that of SHCC-RC. This is because the tensile strength of FRP bars is higher than that of ordinary steel reabr. The initial cracking moment of the beam specimen SHCC-SB was similar to that of SHCC-RB, but the yield flexural strength and maximum flexural strength of SHCC-SB were evaluated to be the highest.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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