A numerical procedure for the geometrical and material nonlinear analysis of concrete beams prestressed with external tendons is described, where the effects of external prestressing are treated as the equivalent loads applied on the concrete beams. The geometrical nonlinearity is considered not only the eccentricity variations of external tendons (second-order effects) but also the large displacement effects of the structure. The numerical method can predict the nonlinear response of externally prestressed concrete beams throughout the entire loading history with considerable accuracy. An evaluation of second-order effects of externally prestressed concrete beams is carried out using the proposed analysis. The analysis shows that the second-order effects have significant influence on the response characteristics of externally prestressed concrete beams. They lead to inferior ultimate load and strength capacities and a lower ultimate stress increase in tendons. Based on the current analysis, it is recommended that, for simply-supported externally prestressed beams with straight horizontal tendons, one deviator at midspan instead of two deviators at one-third span be furnished to minimize these effects.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.313-316
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2006
Externally prestressed structures have many advantages such as easy prestressing control and visible maintenance. Flexural strength of externally prestressed concrete members can be calculated by analysis of internal indeterminacy, which is different from internally prestressed concrete members. However, it needs nonlinear analysis considering member stiffness at strength limit state. Thus most of design codes proposed approximate methods which are empirical, based on test results. To reduce difference between accurate analysis and approximate design methods, many experiments and studies are continued. Since most of the experiments are single span beams. In order to adapt of continuous beam it needs further investigation for the continuous beam. In this study, we carried out externally prestressed 2-span concrete beam test to find out the flexural behavior and strength of externally prestressed concrete members.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.262-265
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2006
This paper presents results on static and cyclic loading tests of anchorage system for externally prestressed CFRP plate. A total of 6 specimens have been tested. The specimens can be classified into the concrete surface specimens and the concrete near surface mounted specimens. Static test results before and after cyclic loading test reveal that anchorage system for externally prestressed CFRP plate has static capacity more than CFRP tensile strength.
Park Jong Sup;Park Young Hwan;You Young Jun;Jung Woo Tae
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.72-75
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2004
Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) composites are widely applied to strengthen deteriorated concrete structures. This paper presents the experimental results of the performance of reinforced concrete(RC) beams strengthened with externally prestressed CFRP plates. Simple beams with 3 m span length were tested to investigate the effect of prestressing force of CFRP plates on the flexural behavior of externally strengthened RC beams.
Park, Jae-Guen;Lee, Byeong-Ju;Kim, Moon-Young;Shin, Hyun-Mock
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.283-288
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2007
This paper presents an analytical prediction of Nonlinear characteristics of prestressed concrete bridges by strengthened of externally tendon considering the work sequence, using beam-column element based on flexibility method and tendon element. The beam-column element was developed with reinforced concrete material nonlinearities which are based on the smeared crack concept. The fiber hysteresis rule of beam-column element is derived from the uniaxial constitutive relations of concrete and reinforcing steel fibers. The tendon element represent the bonded tendon and unbonded tendon behaviors. Beam-column element and tendon element was be subroutine A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of RC and PSC structures was used. The proposed numerical method for prestressed concrete structures by strengthened of externally tendon is verified by comparison with reliable experimental results.
A comparative experimental study of prestressed continuous steel-concrete composite beams was carried out. Two continuous composite beams were tested, one of which was plain continuous steel-concrete composite beam, while the other was a composite beam prestressed with external tendons. Cracking behavior and the load carrying capacity of the beams were investigated experimentally. Full plasticity was developed in the mid-span section each beam, the maximum moments attained at the internal support sections however were governed by local buckling which was related to the slenderness of composite section. It was found that in hogging moment regions, the ultimate resistance of an externally prestressed composite beam would be governed by either distortional lateral buckling or local buckling, or interactive mode of these two buckling patterns. The results show that exerting prestressing on a continuous composite beam with external tendons will increase the extent of internal force and moment redistribution in the beam. The influences of local and distortional buckling on the behaviors of the composite continuous beams are discussed. The Moment redistribution and the load carrying capacity of the prestressed continuous composite beams are evaluated, and it is found that at the ultimate state, the moment redistribution in the prestrssed continuous composite beams is greater than that in non-prestressed composite beams.
This paper examines the fire performance of uninsulated and uncoated restrained steel-concrete composite beams supplemented with externally prestressed strands through advanced numerical simulation. In this work, a sequentially coupled thermo-mechanical analysis is carried out using ABAQUS. This analysis utilizes a highly nonlinear three-dimensional finite element (FE) model that is specifically developed and validated using full-sized specimens tested in a companion fire testing program. The developed FE model accounts for nonlinearities arising from geometric features and material properties, as well as complexities resulting from prestressing systems, fire conditions, and mechanical loadings. Four factors are of interest to this work including effect of restraints (axial vs. rotational), degree of stiffness of restraints, the configuration of external prestressed tendons, and magnitude of applied loading. The outcome of this analysis demonstrates how the prestressing force in the external tendons is primarily governed by the magnitude of applied loading and experienced temperature level. Interestingly, these results also show that the stiffness of axial restraints has a minor influence on the failure of restrained and prestressed steel-concrete composite beams. When the axial restraint ratio does not exceed 0.5, the critical deflection of the composite beam is lower than that of the composite beam with a restraint ratio of 1.0.
This paper presents a novel harmony search (HS)-based data-driven single input rule modules (SIRMs)-connected fuzzy inference system (FIS) for the prediction of stress in externally prestressed tendon. The proposed method attempts to extract causal relationship of a system from an input-output pairs of data even without knowing the complete physical knowledge of the system. The monotonicity property is then exploited as an additional qualitative information to obtain a meaningful SIRMs-connected FIS model. This method is then validated using results from test data of the literature. Several parameters, such as initial tendon depth to beam ratio; deviators spacing to the initial tendon depth ratio; and distance of a concentrated load from the nearest support to the effective beam span are considered. A computer simulation for estimating the stress increase in externally prestressed tendon, ${\Delta}f_{ps}$, is then reported. The contributions of this paper is two folds; (i) it contributes towards a new monotonicity-preserving data-driven FIS model in fuzzy modeling and (ii) it provides a novel solution for estimating the ${\Delta}f_{ps}$ even without a complete physical knowledge of unbonded tendons.
Flexural capacity prediction is a challenging problem for externally prestressed concrete beams (EPCBs) due to the unbonded phenomenon between the concrete beam and external tendons. Many prediction equations have been provided in previous research but typically ignored the differences in deformation mode between internal and external unbonded tendons. The availability of these equations for EPCBs is controversial due to the inconsistent deformation modes and ignored second-order effects. In this study, the deformation characteristics and collapse mechanism of EPCB are carefully considered, and the ultimate deflected shape curves are derived based on the simplified curvature distribution. With the compatible relation between external tendons and the concrete beam, the equations of tendon elongation and eccentricity loss at ultimate states are derived, and the geometric interpretation is clearly presented. Combined with the sectional equilibrium equations, a rational and simplified flexural capacity prediction method for EPCBs is proposed. The key parameter, plastic hinge length, is emphatically discussed and determined by the sensitivity analysis of 324 FE analysis results. With 94 collected laboratory-tested results, the effectiveness of the proposed method is confirmed, and comparisons with the previous formulas are made. The results show the better prediction accuracy of the proposed method for both stress increments and flexural capacity of EPCBs and the main reasons are discussed.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1994.10a
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pp.87-94
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1994
During the construction of externally prestressed 7-span continuous segmental bridge, cracks beyond permissible limit were found at anchor zone of expansion joint segment. To eliminate this problem, tension side of diaphragm was prestressed by post-tensioning bars in vertical and horizontal direction. To investigate this remedy is acceptable, stresses of reinforcing bars and concrete surface were measured for the real structure in the field. The measurement was performed through each step of prestressing sequence during construction. Also to investigage stresses induced by live load, static load test was performed and the results was analyzed. In this paper it will be presented the procedure and results for this experimental study along with comparison with analytical study.
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