This paper presents a new simple two-dimensional frame finite element able to accurately estimate the load-carrying capacity of reinforced concrete beams flexurally strengthened externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) strips and plates. The proposed analysis model considers distributed plasticity with layer-discretization of the cross-sections and the bond-slip behavior of epoxy layer. The proposed model is used to predict the load-carrying capacity and the applied load-midspan deflection response of RC beams subjected to bending loading. Numerical simulations and experimental measurements are compared based on numerous tests available in the literature and published by different authors. The numerically simulated response agree remarkably well with the corresponding experimental results. Thus, the proposed model is suitable for efficient and accurate modeling and analysis of flexural strengthening of RC beams with externally bonded FRP sheets/plates and for practical use in design-oriented parametric studies.
Reinforced concrete (RC) bridge columns are typically designated as the primary source of energy dissipation for a bridge structure during an earthquake. Therefore, seismic repair of RC bridge columns has been studied extensively during the past several decades. On the other hand, few studies have been conducted to evaluate how repaired column members influence the system-level response of an RC bridge structure in subsequent earthquakes. In this study, a numerical model was established to simulate the response of two large-scale RC columns, repaired using different techniques, reported in the literature. The columns were implemented into a prototype bridge model that was subjected to earthquake loading. Incremental dynamic analysis (IDA) and fragility analysis were conducted on numerical bridge models to evaluate the efficacy of the repairs and the post-repair seismic performance of the prototype bridge that included one or more repaired columns in various locations. For the prototype bridge herein modeled, the results showed that a confinement-enhanced oriented repair would not affect the seismic behavior of the prototype bridge. Increasing the strength of the longitudinal reinforcement could effectively reduce the drift of the prototype bridge in subsequent earthquakes. A full repair configuration for the columns was the most effective method for enhancing the seismic performance of the prototype bridge. To obtain a positive effect on seismic performance, a minimum of two repaired columns was required.
본 논문에서는 염해에 의하여 열화된 철근콘크리트 구조물의 보수 LCC평가 방법에 대하여 연구를 수행하였다. 또한, 철근콘크리트 구조물의 목표내용년수 동안에 건설초기 공법과 염해보수 공법을 포함한 보수 LCC를 평가하기 위하여 콘크리트내로의 염소이온 침투를 FEM 해석으로 실시함으로써 보수횟수를 결정하였다. 그 결과, 염해 보수 횟수는 보수재의 종류 및 보수방법을 고려한 FEM해석을 통하여 철근위치에서의 염소이온 농도와 철근부식 임계염소이온 농도를 비교함으로써 산정할 수 있었으며, 염해 보수 횟수를 이용하여 목표내용년수 동안의 보수 LCC를 산정하는 것이 가능하였다.
The pseudo-volume control method is developed for the failure analysis of RC slabs, by adding pressure node into layered shell element utilizing in-plane constitutive models of reinforced concrete and layered formulation. For the failure analysis of RC slabs n this paper, geometric nonliearity is also considered in the analysis. The validity of the pseudo-volume control method is verified by comparing analysis results and existing experimental results.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권2호
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pp.237-247
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2016
Progressive collapse resistance of RC buildings can be analyzed by considering column loss scenarios. Using finite element analysis and a static test, the progressive collapse process of a RC frame under monotonic vertical displacement of a side column was investigated, simulating a column removal scenario. A single-story 1/3 scale RC frame that comprises two spans and two bays was tested and computed, and downward displacement of a side column was placed until failure. Our study offers insight into the failure modes and progressive collapse behavior of a RC frame. It has been noted that the damage of structural members (beams and slabs) occurs only in the bay where the removal side column is located. Greater catenary action and tensile membrane action are mobilized in the frame beams and slabs, respectively, at large deformations, but they mainly happen in the direction where the frame beams and slabs are laterally restrained. Based on the experimental and computational results, the mechanism of progressive collapse resistance of RC frames at different stages was discussed further. With large deformations, a simplified calculation method for catenary action and tensile membrane action is proposed.
Farsangi, Ehsan Noroozinejad;Tasnimi, Abbas Ali;Mansouri, Babak
Computers and Concrete
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제16권1호
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pp.99-123
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2015
In this study, structural vulnerability of reinforced concrete moment resisting frames (RC-MRFs) by considering the Iran-specific characteristics is investigated to manage the earthquake risk in terms of multicomponent seismic excitations. Low and medium rise RC-MRFs, which constitute approximately 80-90% of the total buildings stock in Iran, are focused in this fragility-based assessment. The seismic design of 3-12 story RC-MRFs are carried out according to the Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings (Standard No. 2800), and the analytical models are formed accordingly in open source nonlinear platforms. Frame structures are categorized in three subclasses according to the specific characteristics of construction practice and the observed seismic performance after major earthquakes in Iran. Both far and near fields' ground motions have been considered in the fragility estimation. An optimal intensity measure (IM) called Sa, avg and beta probability distribution were used to obtain reliable fragility-based database for earthquake damage and loss estimation of RC buildings stock in urban areas of Iran. Nonlinear incremental dynamic analyses by means of lumped-parameter based structural models have been simulated and performed to extract the fragility curves. Approximate confidence bounds are developed to represent the epistemic uncertainties inherent in the fragility estimations. Consequently, it's shown that including vertical ground motion in the analysis is highly recommended for reliable seismic assessment of RC buildings.
Due to repetitive traffic loadings and environmental attacks, reinforced concrete (RC) bridge deck slabs are suffering from severe degradation, which makes structural repairing an urgency. In this study, the fatigue performance of an RC bridge deck repairing technique using ultra-high performance fiber reinforcement concrete (UHPFRC) overlay is assessed experimentally with a wheel-type loading set-up as well as analytically based on finite element method (FEM) using a crack bridging degradation concept. In both approaches, an original RC slab is firstly preloaded to achieve a partly damaged RC slab which is then repaired with UHPFRC overlay and reloaded. The results indicate that the developed analytical method can predict the experimental fatigue behaviors including displacement evolutions and crack patterns reasonably well. In addition, as the shear stress in the concrete/UHPFRC interface stays relatively low over the calculations, this interface can be simply simulated as perfect. Moreover, superior to the experiments, the numerical method provides fatigue behaviors of not only the repaired but also the unrepaired RC slabs. Due to the high strengths and cracking resistance of UHPFRC, the repaired slab exhibited a decelerated deterioration rate and an extended fatigue life compared with the unrepaired slab. Therefore, the proposed repairing scheme can afford significant strengthen effects and act as a reference for future practices and engineering applications.
내부 구속 중공 철근콘크리트(ICH RC, internally confined hollow reinforced concrete) 기둥의 비선형해석 모델을 제시하고 매개변수 연구를 수행하였다. 제안된 기둥 해석 모델은 콘크리트의 구속효과와 재료비선형을 고려하였으며, 해석 결과와 이 연구에서 수행된 ICH RC 기둥 실험 결과 및 선행 연구자들의 실험 결과를 비교하여, 해석 모델을 검증하였다. 검증 결과 제안된 기둥 해석 모델은 만족할 만한 결과를 보여주었으며, 매개변수 연구를 통하여 내부강관의 두께, 콘크리트의 강도와 중공비에 따른 ICH RC 기둥의 거동 특성을 나타내었다.
Strengthening of reinforced concrete beams with externally bonded fiber reinforced polymer plates/sheets technique has become widespread in the last two decades. Although a great deal of research has been conducted on simply supported RC beams, a few studies have been carried out on continuous beams strengthened with FRP composites. This paper presents a simple uniaxial nonlinear analytical model that is able to accurately estimate the load carrying capacity and the behaviour of damaged RC continuous beams flexural strengthened with externally bonded prestressed composite plates on both of the upper and lower fibers, taking into account the thermal load. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, i.e., the damaged concrete beam, the FRP plate and the adhesive layer. The flexural analysis results and analytical predictions for the prestressed composite strengthened damaged RC continuous beams were compared and showed very good agreement in terms of the debonding load, yield load, and ultimate load. The use of composite materials increased the ultimate load capacity compared with the non strengthened beams. The major objective of the current model is to help engineers' model FRP strengthened RC continuous beams in a simple manner. Finally, this research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the FRP-damaged RC hybrid structures.
The results of research focusing on the experimental and numerical performance of ferrocement RC beams with openings reinforced with welded steel mesh, expanded steel mesh, fiber glass mesh, and polyethylene mesh independently are presented in this article. Casting and testing of fourteen reinforced concrete beams with dimensions of 200×100×2000 mm under concentric compression loadings were part of the research program. The type of reinforcing materials, the volume fraction of reinforcement, the number of mesh layers, and the number of stirrups are the major parameters that change. The main goal is to understand the impact of using new appealing materials in reinforcing RC beams with openings. Using ANSYS-16.0 Software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was used to demonstrate the behavior of composite RC beams with openings. A parametric study is also conducted to discuss the variables that can have the greatest impact on the mechanical behavior of the proposed model, such as the number of openings. The obtained experimental and numerical results demonstrated the FE simulations' acceptable accuracy in estimating experimental values. Furthermore, demonstrating that the strength gained of specimens reinforced with fiber glass meshes was reduced by approximately 38% when compared to specimens reinforced with expanded or welded steel meshes is significant. In addition, when compared to welded steel meshes, using expanded steel meshes in reinforcing RC beams with openings results in a 16 percent increase in strength. In general, when ferrocement beams with openings are tested under concentric loadings, they show higher-level ultimate loads and energy-absorbing capacity than traditional RC beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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