Steel corrosion in reinforced concrete structures leads to concrete cover cracking, reduction of bond strength, and reduction of steel cross section. Among theses consequences mentioned, reduction of bond strength between reinforcement and concrete is of great importance to study the behaviour of RC members with corroded reinforcement. In this paper, firstly, an analytical model based on smeared cracking and average stress-strain relationship of concrete in tension is proposed to evaluate the maximum bursting pressure development in the cover concrete for noncorroded bar. Secondly, the internal pressure caused by the expansion of the corrosion products is evaluated by treating the cracked concrete as an orthotropic material. Finally, bond strength for corroded reinforcing bar is calculated and compared with test results.
Kang, Yong Seok;Lee, Kuk Hee;Kim, Hong Deok;Park, Jai Hak
Journal of the Korean Society of Safety
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v.30
no.4
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pp.168-173
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2015
A steam generator tubing is one of the main pressure boundary of the reactor coolant system in the nuclear power plants. Structural integrity refers to maintaining adequate margins against failure of the tubing. Burst pressure of a tube at tube support plate can be higher than that for a free-span tube because failure behaviors could be interfered from the tube support plate. Alternative repair criteria for out-diameter stress corrosion cracking indications in tubes to the drilled type tube support plate were developed, however, there are very limited information to the eggcrate type tube support plate. This paper discussed reinforcement effect of steam generator tube burst pressure with axial out-diameter stress corrosion cracking within an eggcrate type tube support plate. A series of tube burst tests were performed under the room temperature and it was found out that there is no significant but marginal effects.
The reinforced concrete lining of hydraulic pressure tunnels tends to crack under high inner water pressure (IWP), which results in the inner water exosmosis along cracks and involves typical hydro-mechanical interaction. This study aims at the development, validation and application of an indirect-coupled method to simulate the lining cracking process. Based on the concrete damage plasticity (CDP) model, the utility routine GETVRM and the user subroutine USDFLD in the finite element code ABAQUS is employed to calculate and adjust the secondary hydraulic conductivity according to the material damage and the plastic volume strain. The friction-contact method (FCM) is introduced to track the lining-rock interface behavior. Compared with the traditional node-shared method (NSM) model, the FCM model is more feasible to simulate the lining cracking process. The number of cracks and the reinforcement stress can be significantly reduced, which matches well with the observed results in engineering practices. Moreover, the damage evolution of reinforced concrete lining can be effectively slowed down. This numerical method provides an insight into the cracking process of reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels.
Scaled model tests were performed to investigate the influence of pillar width, rock strength and isotropy/anisotropy on the stability of twin tunnels. Test models had respectively different pillar widths, uniaxial compressive strengths of modelling materials and model types, where both the deformation behaviors around tunnels and the biaxial pressure data at a time of pillar cracking were analysed. The cracking pressures of the higher strength models were higher than the lower strength models, whereas the percentage of cracking pressure to uniaxial compressive strength of modelling materials showed an opposite tendency. The cracking pressures of the shallower pillar width models were lower than the thicker models, moreover the percentage of that showed a same tendency. It has been found that the pillar width was one of the main factors influencing on the stability of twin tunnels. Model types such as isotropy/anisotropy also influenced on the stability of twin tunnels. The anisotropic models showed lower values of both cracking pressures and the percentage of that than the isotropic models, where the pillar cracks of anisotropic models were generated with regard to the pre-existing joint planes.
Concrete structures in marine environment are susceptible to chloride attack, where chloride diffusion results in the corrosion of steel bar and further lead to the cracking of concrete cover. This process causes structural deterioration and affects the response of concrete structures to different forms of loading. This paper presents the use of ABAQUS Finite Element Software in simulating the processes involved in concrete's structural degradation from chloride diffusion to steel corrosion and concrete cover cracking. Fick's law was used for the chloride diffusion, while the mass loss from steel corrosion was obtained using Faraday's law. Pressure generated by steel corrosion product at the concrete-steel interface was modeled by applying uniform radial displacements, while concrete smeared cracking alongside the Extended Finite Element Method (XFEM) was used for concrete cover cracking simulation. Results show that, chloride concentration decreases with penetration depth, but increases with exposure time at the concrete-steel interface. Cracks initiate and propagate in the concrete cover as pressure caused by the steel corrosion product increases. Furthermore, the crack width increases with the exposure time on the surface of the concrete.
Bhargava, Kapilesh;Ghosh, A.K.;Mori, Yasuhiro;Ramanujam, S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.16
no.6
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pp.749-769
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2003
The structural deterioration of concrete structures due to reinforcement corrosion is a major worldwide problem. Service life of the age-degraded concrete structures is governed by the protective action provided by the cover concrete against the susceptibility of the reinforcement to the corrosive environment. The corrosion of steel would result in the various corrosion products, which depending on the level of the oxidation may have much greater volume than the original iron that gets consumed by the process of corrosion. This volume expansion would be responsible for exerting the expansive radial pressure at the steel-concrete interface resulting in the development of hoop tensile stresses in the surrounding cover concrete. Once the maximum hoop tensile stress exceeds the tensile strength of the concrete, cracking of cover concrete would take place. The cracking begins at the steel-concrete interface and propagates outwards and eventually resulting in the through cracking of the cover concrete. The cover cracking would indicate the loss of the service life for the corrosion-affected structures. In the present paper, analytical models have been developed considering the residual strength of the cracked concrete and the stiffness provided by the combination of the reinforcement and expansive corrosion products. The problem is modeled as a boundary value problem and the governing equations are expressed in terms of the radial displacement. The analytical solutions are presented considering a simple 2-zone model for the cover concrete viz. cracked or uncracked. A sensitivity analysis has also been carried out to show the influence of the various parameters of the proposed models. The time to cover cracking is found to be function of initial material properties of the cover concrete and reinforcement plus corrosion products combine, type of rust products, rate of corrosion and the residual strength of the cover concrete. The calculated cracking times are correlated against the published experimental and analytical reference data.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.11
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pp.174-182
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2002
The integrity evaluation of pressure tube is essential for the safety of CANDU reactor, and integrity must be assured when flaws or contacts between pressure tube and surrounding calandria tube are found. In order to complete the integrity evaluation, not only complicated and iterative calculation procedures but also a lot of data and knowledge are required. For this reason, an integrity evaluation system, which provides an efficient way of the evaluation with the help of attached databases, was developed. The developed system was built on the basis of ASME Sec.? and FFSG issued by the AECL, and applicable for the evaluation of blister, sharp flaw and blunt notch. Delayed hydride cracking and blister evaluation modules are included in the general flaw and notch evaluation module. In order to verify the developed system, several case studies have been performed and the results were compared with those from AECL. A good agreement was observed between those two results.
In case of low pressure steam turbine used in power plant, it was operated in wet steam and high stress condition. Therefore, it is possible that the corrosion damage of low pressure was induced by this condition. According to previous study, about 30% of total blade failure correspond to corrosion fatigue or SCC(stress corrosion cracking) in low pressure turbine. Especially, LSB(last stage bucket) of low pressure turbine has a higher hardness to prevent erosion damage due to water droplet however, generally this is more dangerous for SCC damage. Therefore, to improve reliability of turbine blade. various methods for SCC evaluation has been developed. In this study, the crack found in LSB during in-service inspection was evaluated using microstructure analysis and stress analysis. From the stress analysis, the optimum size of fillet to remove the crack was proposed. And also, the reliability was evaluated for modified LSB using GOODMAN diagram.
Corrosion products of reinforcement in concrete induce pressure to the adjacent concrete due to the expansion of steel. This expansion causes tensile stresses around the reinforcing bar and eventually induces cracking through the concrete cover The cracking of concrete cover will adversely affect the safety as well as the service life of concrete structures. The purpose of the this study is to examine the critical corrosion amount which causes the cracking of concrete cover. To this end, a comprehensive experimental and theoretical study has been conducted. Major test variables include concrete strength and cover thickness. The strains at the surface of concrete cover have been measured according to the amount of steel corrosion. The corrosion products which penetrate into the pores and cracks around the steel bar have been considered in the calculation of expansive pressure due to steel corrosion. The present study indicates that the critical amount of corrosion, which causes the initiation of cracking, increases with an increase of compressive strength. A realistic relation between the expansive pressure and average strain of corrosion product layer in the corrosion region has been derived and the representative stiffness of corrosion layer was determined. A concept of pressure-free strain of corrosion product layer was introduced to explain the relation between the expansive pressure and corrosion strain. The proposed theory agrees well with experimental data and may be a good base for the realistic durability design of concrete structures.
Kim, Hong-deok;Park, Su-ki;Yim, Chang Jae;Chung, Han Sub
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.6
no.1
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pp.83-88
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2010
Domestic nuclear steam generators with Alloy 600 HTMA tubes have experienced axial cracking at eggcrate tube support plates(TSPs). The axial stress corrosion cracks were observed at the crevice between outside of tubes and eggcrate TSPs. The root cause of axial cracking was investigated by thermal hydraulic analysis and sludge distribution diagnosis. It is suggested that deposition of sludge at eggcrate TSPs could increase the outside surface temperature of tube and promote the enrichment of impurities at crevice, and thus accelerate cracking. Additionally strategy for reducing the sludge ingress to steam generators is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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