Due to various numerical problems, crack analysis of reinforced concrete members using the finite element method is confronting with substantial difficulties, rendering the prediction of crack patterns and crack widths a formidable task. The root cause is that the conventional analysis methods are not capable of tracking the crack sequence and accounting for the stress relief and re-distribution during cracking. To address this deficiency, the crack queuing algorithm has been proposed. Basically, at each load increment, iterations are carried out and within each iteration step, only the most critical concrete element is allowed to crack and the stress re-distribution is captured in subsequent iteration by re-formulating the cracked concrete element and re-analysing the whole concrete structure. To demonstrate the effectiveness of the crack queuing algorithm, crack analysis of concrete members tested in the literature is performed with and without the crack queuing algorithm incorporated.
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.
The behavior of the fiber reinforced concrete (FRC) base under environmental loads was analyzed numerically as a fundamental study to develop a high structural and functional performance composite pavement system in which the base was formed using FRC and the asphalt or cement concrete surface was placed on it. A two-dimensional finite element model of the FRC base was developed and the sensitivity study was performed with the variables including slab thickness of base, thermal expansion coefficient, elastic modulus, and tensile and compressive strengths. The crack spacing and crack width were selected as representatives of the base behavior. The effects of the selected variables on the crack spacing and crack width were analyzed and the sensitive variables were determined. The results of this study could be useful to determine the optimal material properties of the FRC base for combining well with the surface materials.
This study proposes an algorithm for detection and analysis of cracks in digital image of concrete surface to automate the measurement process of crack characteristics such as width, length, and orientation based on image processing technique. The special features of algorithm are as follows: (1) application of morphology technique for shading correction, (2) improvement of detection performance based on enhanced binarization and shape analysis, (3) suggestion of calculation algorithms for width, length, and orientation. A MATLAB code was developed for the proposed algorithm, and then test was performed on crack images taken with digital camera to examine validity of the algorithm. Within the limited test in the present study, the proposed algorithm was revealed as accurately detecting and analyzing the cracks when compared to results obtained by a human and classical method.
This paper investigates the effect of the width of failure and tension crack (TC) on the stability of cohesive-frictional soil slopes in three dimensions. Working analytically, the slip surface and the tension crack are considered to have spheroid and cylindrical shape respectively, although the case of tension crack having planar, vertical surface is also discussed; the latter was found to return higher safety factor values. Because at the initiation of a purely rotational slide along a spheroid surface no shear forces develop inside the failure mass, the rigid body concept is conveniently used; in this respect, the validity of the rigid body concept is discussed, whilst it is supported by comparison examples. Stability tables are given for fully drained and fully saturated slopes without TC, with non-filled TC as well as with fully-filled TC. Among the main findings is that, the width of failure corresponding to the minimum safety factor value is not always infinite, but it is affected by the triggering factor for failure (e.g., water acting as pore pressures and/or as hydrostatic force in the TC). More specifically, it was found that, when a slope is near its limit equilibrium and under the influence of a triggering factor, the minimum safety factor value corresponds to a near spherical failure mechanism, even if the triggering factor (e.g., pore-water pressures) acts uniformly along the third dimension. Moreover, it was found that, the effect of tension crack is much greater when the stability of slopes is studied in three dimensions; indeed, safety factor values comparable to the 2D case are obtained.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.1
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pp.64-77
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2012
In this study, the crack detecting system with digital image processing techniques based on the mathematical morphology method was developed to detect cracks in concrete structures. In the developed system, the image combining technique of reconstructing multiple images as an entire single image considering efficient management of analysis results was applied as an additional module. The developed system was verified through a field test with the cracked concrete culvert and the crack width of 0.2 mm was able to be detected in the 40m span. In the image analysis, the difference between calculated crack width and actual crack width were less than 0.08mm. For image combination in the stitching test of pattern images, the stitched image was identical with the original picture of entire subject in the visual perception level.
Dayang Wang;Qihao Han;Shenchun Xu;Zhigang Zheng;Quantian Luo;Jihua Mao
Steel and Composite Structures
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v.48
no.4
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pp.385-403
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2023
To avoid premature damage to the connection joints of a conventional precast concrete shear wall, a new precast concrete shear wall system (NPSW) based on a plastic damage relocation design concept was proposed. Five specimens, including one monolithic cast-in-place concrete shear wall (MSW) as a reference and four NPSWs with different connection details (TNPSW, INPSW, HNPSW, and TNPSW-N), were designed and tested by lateral low-cyclic loading. To accurately assess the damage relocation effect and quantify the damage and deformation, digital image correlation (DIC) and conventional data acquisition methods were used in the experimental program. The concrete cracking development, crack area ratio, maximum residual crack width, curvature of the wall panel, lateral displacement, and deformed shapes of the specimens were investigated. The results showed that the plastic damage relocation design concept was effective; the initial cracking occurred at the bottom of the precast shear wall panel (middle section) of the proposed NPSWs. The test results indicated that the crack area ratio and the maximum residual crack width of the NPSWs were less than those of the MSW. The NPSWs were deformed continuously; significant distortions did not occur in their connection regions, demonstrating the merits of the proposed NPSWs. The curvatures of the middle sections of the NPSWs were lower than that of the MSW after a drift ratio of 0.5%. Among the NPSWs, HNPSW demonstrated the best performance, as its crack area ratio, concrete damage, and maximum residual crack width were the lowest.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.1
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pp.69-79
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2023
In this study, an experimental study was conducted on the development of crack monitoring technology in buildings using a mechanochromic sensor. After attaching a mechanochromic sensor to the cracks induced in the concrete specimen, the color variation image of the sensor according to the progress of the cracks was taken. In addition, a method of analyzing a sensor color variation image was proposed, and an equation for deriving a crack's width from the relationship between the analysis result and the crack width was also proposed. In addition, the possibility of using an mechanochromic sensor for monitoring cracks in buildings was confirmed through the verification of crack width monitoring technology.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.4
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pp.283-288
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2018
Since the crack self-healing materials are activated according to the exposure environmental conditions from the time of crack occurrence, it is very important to clarify the relationship between the healing performance and the exposure environmental conditions of the crack surface. In this paper, the influence of the exposure environmental conditions on the crack healing performance of self-healing repair mortar was investigated through the water permeability test. The influence of temperature and humidity on the crack width of cracked specimens was evaluated. As a result of measuring the change of the crack width, the effect of curing temperature was negligible but it was confirmed that crack-closing occurred due to the change of dry-wet condition. The healing materials produced on the crack surface of the specimens was identified as calcite minerals. Since the minerals with high density are precipitated under the influence of gravity, the healing performance is somewhat different according to the direction of the crack surface, and the healing performance was significantly improved in the wet exposure condition than the air exposure condition.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.694-701
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2018
Larger crack widths can be observed more in FRP-reinforced concrete members than in steel-reinforced concrete members as a result of the lower elastic modulus and bond strength of FRP reinforcement. The ACI 440.1R-15 design guide provides equations derived as the maximum bar spacing to control the crack widths indirectly. On the other hand, it is not concerned with long-term effects on the crack control design provisions. This study provides suggestions for how to incorporate time-dependent effects into the crack width equation. The work presented herein includes the results from 8 beams composed of four rectangular and T-shaped FRP-reinforced concrete beams tested for one year under four-point bending. Over a one year period, the crack widths increased as much as 2.6~3.0 times in GFRP and AFRP-reinforced specimens and 1.1~1.4 times in the CFRP-reinforced specimens compared to steel-reinforced specimens. In addition, the average multiple for crack width at one year relative to the instantaneous crack width upon the application of the sustained load was 2.4 in the specimens with a rectangular section and 3.1 in the specimens with a T-shaped section. As a result, it is recommended conservatively that the time-dependent coefficient be taken as 2.5 for the rectangular beams and 3.5 for T-beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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