Reinforced concrete is a complex material to be modeled in finite element domain. A proper material model is necessary to represent the nonlinear behaviour accurately. Though the nonlinear analysis of RC structures evolved long back, still an accurate and reliable model to predict the realistic behaviour of components are limited. It is observed from literature that there are three well-known models to represent the nonlinear behaviour of concrete. These models include Chu model (1985), Hsu model (1994) and Saenz model (1964).A new stress-strain model based on Weibull distribution has been proposed in the present study. The objective of the present study is to analyze a reinforced concrete beam under flexural loading by employing all the models. Nonlinear behaviour of concrete is considered in terms of stress vs. strain, damage parameter, tension stiffening behaviour etc. The ductility of the RC beams is computed by using deflection based and energy based concepts. Both deflection ductility and energy based ductility is compared and energy based concept is found to be in good correlation with the experiments conducted. The behavior of RC beam predicted using ABAQUS has been compared with the corresponding experimental observations. Comparison between numerical and experimental results confirms that these four constitutive models are reliable in predicting the behaviour of RC structures and any of the models can be employed for analysis.
In this study, the flexural behaviors of one- and two-way reinforced concrete (RC) slabs strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) strips under impact loads were investigated. The flexural strengthening of RC slabs under simulated static monotonic loads has been comprehensively studied. However, the flexural behavior of RC slabs strengthened with CFRP strips has not been investigated extensively, particularly those conducted numerically. Nonlinear three-dimensional finite element models were developed, executed, and verified against previous experimental results, producing satisfactory models with approximately 4% error. The models were extended to a parametric study, considering three geometric parameters: the slab rectangularity ratio, CFRP strip width, and CFRP strip configuration. Finally, the main results were used to derive a new formula for predicting the total deflection of RC slabs strengthened with CFRP strips under impact loads with an error of approximately 10%. The proposed equation reflected the slab rectangularity, CFRP strip width, equivalent slab stiffness, and dropped weight. Results indicated that the use of CFRP strips enhanced the overall impact performance, the wider the CFRP width, the better the enhancement. Moreover, the application of diagonally oriented CFRP strips diminished the cracking zone compared to straight strips. Additionally, the diagonal orientation of CFRP strips was more efficient for two-way slabs while the vertical orientation was found to be better in the case of one-way slabs.
Reinforced concrete (RC) deep beams are critical structural elements used in offshore pile caps, rectangular cross-section water tanks, silo structures, transfer beams in high-rise buildings, and bent caps. As a result of the low shear span ratio to effective depth (a/d) in deep beams, arch action occurs, which leads to shear failure. Several studies have been carried out to improve the shear resistance of RC deep beams and avoid brittle fracture behavior in recent years. This study was performed to investigate the behavior of RC deep beams numerically and experimentally with different reinforcement arrangements. Deep beams with four different reinforcement arrangements were produced and tested under monotonic static loading in the study's scope. The horizontal and vertical shear reinforcement members were changed in the test specimens to obtain the effects of different reinforcement arrangements. However, the rebars used for tension and the vertical shear reinforcement ratio were constant. In addition, the behavior of each deep beam was obtained numerically with commercial finite element analysis (FEA) software ABAQUS, and the findings were compared with the experimental results. The results showed that the reinforcements placed diagonally significantly increased the load-carrying and energy absorption capacities of RC deep beams. Moreover, an apparent plastic plateau was seen in the load-displacement curves of these test specimens in question (DE-2 and DE-3). This finding also indicated that diagonally located reinforcements improve displacement ductility. Also, the numerical results showed that the FEM method could be used to accurately predict RC deep beams'behavior with different reinforcement arrangements.
The current study examines the experimental and numerical performance of reinforced concrete (RC) channel slabs made of ferrocement that have been reinforced with fiber glass, expanded steel mesh, and welded steel mesh. As part of the testing program, ten RC channel slabs with dimensions of 500 mm×40 mm×2500 mm were loaded flexibly. The three main factors that can be altered are the mesh layer count, the type of reinforcing materials, and the reinforcement volume fraction. The main objective is to assess the effects of fortifying composite RC channel slabs with novel inventive materials. ANSYS-16.0 Software was used to simulate the behavior of composite channel slabs using nonlinear finite element analysis (NLFEA). It also shows how parametric analysis can be used to pinpoint variables like variations in slab dimensions that could significantly affect the mechanical behavior of the model. The obtained experimental and numerical results showed that finite element (FE) simulations had a tolerable degree of accuracy in estimating experimental values. It is crucial to show that specimens strengthened with fiber glass meshes gained about 12% lessstrength than specimens strengthened with expanded or welded steel meshes. In addition, RC channel slab reinforcement made of welded steel meshes has a 24% higher strength than expanded steel meshes. Tested under flexural loads, ferrocement specimens outperform conventional reinforced concrete specimens in terms of ultimate loads and energy absorption.
Several two-dimensional analytical beam column joint models with varying complexities have been proposed in quantifying joint flexibility during seismic vulnerability assessment of non-ductile reinforced concrete (RC) frames. Notable models are the single component rotational spring element and the super element joint model that can effectively capture the governing inelastic mechanisms under severe ground motions. Even though both models have been extensively calibrated and verified using quasi-static test of joint sub-assemblages, a comparative study of the inelastic seismic responses under nonlinear time history analysis (NTHA) of RC frames has not been thoroughly evaluated. This study employs three hypothetical case study RC frames subjected to increasing ground motion intensities to study their inherent variations. Results indicate that the super element joint model overestimates the transient drift ratio at the first story and becomes highly un-conservative by under-predicting the drift ratios at the roof level when compared to the single-component model and the conventional rigid joint assumption. In addition, between these story levels, a decline in the drift ratios is observed as the story level increased. However, from this limited study, there is no consistent evidence to suggest that care should be taken in selecting either a single or multi component joint model for seismic risk assessment of buildings when a global demand measure such as maximum inter-storey drift is employed in the seismic assessment framework.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.577-585
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2006
In this research, nonlinear Timoshenko beam element that is able to capture nonlinear shear deformation is developed. The proposed model shows more reasonable prediction than Bernoulli beam theory in short columns or strong shear column due to the consideration of shear deformation. The cross-section is modeled as fiber approach. Since the model is based on the fiber approach for section discretization, the plastic progress of the section can be traced and the coupling effect of the axial and flexural response. The developed element is implemented into the finite element program to analysis general reinforced concrete structures. As parametric study, reinforced concrete columns are analyzed and compared with experimental results, analyzed the property of behavior for reinforced concrete columns.
This work is based on a nonlinear finite-element model with proven capacity for yielding realistic predictions of the response of reinforced-concrete structures under static monotonically-increasing loading. In it, the material description relies essentially on the two key properties of triaxiality and brittleness and, thus, is simpler than those of most other material models in use. In this article, the finite-element program is successfully used in investigating the behaviour of a series of RC walls under static cyclic loading. This type of loading offers a more strenuous test of the validity of the proposed program since cracks continuously form and close during each load cycle. Such a test is considered to be essential before attempting to use the program for the analysis of concrete structures under seismic excitation in order to ensure that the solution procedure adopted is numerically stable and can accurately predict the behaviour of RC structures under such earthquake-loading conditions. This is achieved through a comparative study between the numerical predictions obtained presently from the program and available experimental data.
Damping as a material property plays an important role in decreasing dynamic response of structures. However, very little is known about the evaluation and application of the actual damping of Fiber Reinforced Polymer Confined Reinforced Concrete (FRP-C RC) material which is widely adopted in civil engineering at present. This paper first proposes a stress-dependent damping model for FRP-C RC material using a validated Finite Element Model (FEM), then based on this damping-stress relation, an iterative scheme is developed for the computations of the non-linear damping and dynamic response of FRP-C RC columns at any given harmonic exciting frequency. Numerical results show that at resonance, a considerable increase of the loss factor of the FRP-C RC columns effectively reduces the dynamic response of the columns, and the columns with lower concrete strength, FRP volume ratio and axial compression ratio or higher longitudinal reinforcement ratio have stronger damping values, and can relatively reduce the resonant response.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.159-162
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2005
To overcome the drawbacks of conventional load-control method and displacement-control method, the so-called volume-control method was developed by utilizing a pressure node added into a layered shell element. The pressure node has an increment of pressure as an additional degree of freedom of the shell element. In this study, the hollow RC columns are discretized with multi-layered shell elements and a modeling technique utilizing the volume-control analysis for various hollow RC column structures is introduced. The results of the nonlinear analysis using the modeling for hollow RC columns subjected to lateral reversed cyclic loading as well as lateral loading under compression are shown. Validity of the modeling technique is also verified by comparing the analysis results with experimental results and other analysis data.
Recently, the underground reinforced concrete(RC) box structures have been increasingly built in Korea. In such structures, the heat of hydration may cause serious cracking problems. The RC box structures are classified in this category that needs much attention to control the hydration heat during construction, which causes the restraining effects on the boundaries. The purpose of the present study is to develop the rational construction method to control the thermal cracking problem of the box structures. In this study, the causes and mechanism of thermal cracking according to construction stages in the RC box structures are thoroughly analyzed. The major influencing variables are studied through the finite element analysis which affect the thermal cracking of RC box structures. The research results of the present study can be efficiently used for the control of cracking of box structures during construction stages.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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