Experimental study was performed to evaluate the long-term behavior of CFRP (carbon fiber reinforced polymer) strips under sustained loads including prestressing force in strengthening RC members with post-tensioned CFRP strips. Two types of CFRP strip such as unidirectional CFRP strip and hybrid CFRP strip which is composed of carbon fiber and steel plate were considered. Also two types of loading scheme were included in this study. Direct sustained loading test had been carried out to estimate the creep deformation and relaxation of CFRP strips including slip deformation at both mechanical anchorages for over 700 days. Also, flexural sustained loading test had been conducted to estimate the initial prestress losses on clamping the CFRP strips at jacking anchorages for over 90 days. From the sustained loading tests, it was observed that stress losses of unidirectional CFRP strips due to the creep deformation and relaxation of material itself and slip deformation at mechanical anchorage were ignorable. On the other hand, significant stress losses caused by the yielding of steel embedded in CFRP strips were found in case of hybrid CFRP strips due to the initial jacking force over steel yielding stress. Also, initial prestress losses during setting of CFRP strips on mechanical anchorage were about 10% of intial jacking force, which must be considered in the design.
This paper presents a nonlinear analysis of reinforced concrete column with lap splice confined by FRP wrapping in the critical hinging zone. The steel stress-slip model derived from the tri-uniform bond stress model presented in the companion paper is included in the nonlinear frame analysis to simulate the response of reinforced concrete columns subjected to cyclic displacement reversals. The nonlinear modeling is based on a fiber discretization of an RC column section. Each fiber is modeled as either nonlinear concrete or steel spring, whose load-deformation characteristics are calculated from the section of fiber and material properties. The steel spring that models the reinforcing bars consists of three sub-springs, i.e., steel bar sub-spring, lap splice spring, and anchorage bond-slip spring connected in series from top to bottom. By combining the steel stress versus slip of the lap splice, the stress-deformation of steel bar and the steel stress-slip of bars anchored into the footing, the nonlinear steel spring model is derived. The analytical responses are found to be close to experimental ones. The analysis without lap splice springs included may result in an erroneous overestimation in the strength and ductility of columns.
To stabilize the excavations in urban area, soil anchorage is among the very common methods in geotechnical engineering. A more efficient deformation analysis can potentially lead to cost-effective and safer designs. To this end, a total of 116 three-dimensional (3D) finite element (FE) models of a deep excavation supported by tie-back wall system were analyzed in this study. An initial validation was conducted through examination of the results against the Texas A&M excavation cases. After the validation step, an extensive parametric study was carried out to cover significant design parameters of tie-back wall system in deep excavations. The numerical results indicated that the maximum horizontal displacement values of the wall (δhm) and maximum surface settlement (δvm) increase by an increase in the value of ground anchors inclination relative to the horizon. Additionally, a change in the wall embedment depth was found to be contributing more to δvm than to δhm. Based on the 3D FE analysis results, two simple equations are proposed to estimate excavation deformations for different scenarios in which the geometric configuration parameters are taken into account. The model proposed in this study can help the engineers to have a better understanding of the behavior of such systems.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.456-463
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2005
An analytical procedure to analyze reinforced concrete (RC) beams subject to monotonic loadings is proposed on the basis of the moment-curvature relations of RC sections. Unlike previous analytical models which result the overestimation of stiffnesses and underestimation of structural deformations induced from ignoring the shear deformation and assuming perfect-bond condition between steel and concrete, the proposed relation considers the rigid-body-motion due to anchorage slip at the fixed end. The advantages of the proposed relation, compared with the previous numerical models, are on the promotion in effectiveness of analysis and reflection of influencing factors which must be considered in nonlinear analysis of RC beam by taking into account the nonlinear effects into the simplifying moment-curvature relation. Finally, correlation studies between analytical and experimental results are conducted to establish the applicability of the proposed model to the nonlinear analysis of RC structures.
The first part of this two-part paper discussed some basic considerations on bond strength and its effect on strain localization and plastic deformation capacity of cracked structural concrete, and analytically evaluated the impacts of the hardening behavior of reinforcing steel and concrete quality on the basis of the Tension Chord Model. This second part assesses the impacts of the most frequently encountered construction details of existing concrete structures which may not satisfy current design code requirements: bar ribbing, bar spacing, and concrete cover thickness. It further evaluates the impacts of the additional structure-specific features bar diameter and crack spacing. It concludes with some considerations on the application of the findings in practice and an outlook on future research needs.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.5
no.3
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pp.141-152
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2001
This paper presents the evaluation of behavior and the prediction of tensile capacity of anchors that can cause a failure of the concrete on the basis of the design for anchorage. Tests of cast-in-place headed anchors, domestically manufactured and installed in uncracked and unreinforced concrete member are conducted to test the effected of embedment length and edge distance. The failure modes and the load-deformation responses of the anchors are discussed and then the concrete failure data are compared with capacities by the two present methods : the 45 degree cone method of ACI 349, 318 and the concrete capacity design (COD) method. Differences between the results by test and by two prediction methods are analyzed Finite Element Method (FEM).
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.491-496
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2000
This paper presents the evaluation of behavior and the prediction of tensile capacity of anchors that fail concrete, as the design basis for anchorage. Tests of cast-in-place headed anchors, domestically manufactured and installed in uncracked, unreinforced concrete are performed to investigate the behavior of single anchors and multiple anchors with the consideration of various embedment lengths and edge distances. The failure mode and the load-deformation response of these anchors are discussed and the concrete failure dta are then compared with capacity predictions by the two existing methods : the 45 degree cone method of ACI 349, 318 and the concrete capacity design (CCD) method. Discrepancies between the test results and these two prediction methods, FEM analysis are assessed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.567-572
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2003
An experimental work is presented to evaluate the retrofit method for improving the flexural capacity of shear walls. Fives shear wall specimens are designed and retrofitted by using carbon fiber materials such as rod, sheet and plate. Cyclic horizontal loads are applied to the specimens under constant axial load, $0.1f_{ck}A_g$. Test result shows that specimens with additional flexural reinforcement have the increased initial stiffness and deformation capacity. However, the strength is not improved as much as expected. This is because that the flexural reinforcement is pulled out from the foundation at the latter half of cycles. In order to maximize the flexural retrofit, therefore, it is required to study the anchorage behavior of the flexural reinforcement for retrofit.
Xiaohan Zhou;Xinrong Liu;Yu Xiao;Ninghui Liang;Yangyang Yang;Yafeng Han;Zhongping Yang
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.4
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pp.395-409
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2023
Long-span suspension bridges have tunnel anchor systems to maintain stable cables. More investigations are required to determine how closely tunnel excavation beneath the tunnel anchor impacts the stability of the tunnel anchor. In order to investigate the impact of the adjacent tunnel's excavation on the stability of the tunnel anchor, a large-span suspension bridge tunnel anchor is utilised as an example in a three-dimensional numerical simulation approach. In order to explore the deformation control mechanism, orthogonal tests are employed to pinpoint the major impacting elements. The construction of an advanced pipe shed, strengthening the primary support. Moreover, according to the findings the grouting reinforcement of the surrounding rock, have a significant control effect on the settlement of the tunnel vault and plug body. However, reducing the lag distance of the secondary lining does not have such big influence. The greatest way to control tunnel vault settling is to use the grout reinforcement, which increases the bearing capacity and strength of the surrounding rock. This greatly minimizes the size of the tunnel excavation disturbance area. Advanced pipe shed can not only increase the surrounding rock's bearing capacity at the pipe shed, but can also prevent the tunnel vault from connecting with the disturbance area at the bottom of the anchorage tunnel, reduce the range of shear failure area outside the anchorage tunnel, and have the best impact on the plug body's settlement control.
The successful application of the component-based approach - widely used to model structural joints - requires knowledge of the mechanical properties of the constitutive joint components, including an appropriate assembly procedure to derive the joint properties. This paper presents a component-method model for a structural joint component that is located in the tension zone of blind-bolted connections to concrete-filled tubular steel profiles. The model relates to the response of blind-bolts with headed anchors under monotonic loading, and the blind-bolt is termed the "Extended Hollo-bolt". Experimental data is used to develop the model, with the data being collected in a manner such that constitutive models were characterised for the principal elements which contribute to the global deformability of the connector. The model, based on a system of spring elements, incorporates pre-load and deformation from various parts of the blind-bolt: (i) the internal bolt elongation; (ii) the connector's expanding sleeves element; and (iii) the connector's mechanical anchorage element. The characteristics of these elements are determined on the basis of piecewise functions, accounting for basic geometrical and mechanical properties such as the strength of the concrete applied to the tube, the connection clamping length, and the size and class of the blind-bolt's internal bolt. An assembly process is then detailed to establish the model for the elastic and inelastic behaviour of the component. Comparisons of model predictions with experimental data show that the proposed model can predict with sufficient accuracy the response of the component. The model furthers the development of a full and detailed design method for an original connection technology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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