Adherence between reinforcement and the surrounding concrete is usually ignored in finite element analysis (FEA) of reinforced concrete (RC) members. However, load transition between the reinforcement and surrounding concrete effects RC members' behavior a great deal. In this study, the effects of bond-slip on the FEA of RC members are examined. In the analyses, three types of bond-slip modeling methods (perfect bond, contact elements and spring elements) and three types of reinforcement modeling methods (smeared, one dimensional line and three dimensional solid elements) were used. Bond-slip behavior between the reinforcement and surrounding concrete was simulated with cohesive zone materials (CZM) for the first time. The bond-slip relationship was identified experimentally using a beam bending test as suggested by RILEM. The results obtained from FEA were compared with the results of four RC beams that were tested experimentally. Results showed that, in FE analyses, because of the perfect bond occurrence between the reinforcement and surrounding concrete, unrealistic strains occurred in the longitudinal reinforcement. This situation greatly affected the load deflection relationship because the longitudinal reinforcements dominated the failure mode. In addition to the spring elements, the combination of a bonded contact option with CZM also gave closer results to the experimental models. However, modeling of the bond-slip relationship with a contact element was quite difficult and time consuming. Therefore bond-slip modeling is more suitable with spring elements.
The ribs of deformed bars can split the cover concrete by wedging action or shear off the concrete in front of the ribs. As slip of deformed bars increases, the rib face angle is flattened by the crushed concrete wedge, which reduces the rib face angle to a smaller bearing angle. The roles of bearing angle are explored to simulate this observation. Analytical expressions to determine bond strength for splitting and pullout failure are derived, where the bearing angle is a key variable. As the bearing angle is reduced, splitting strength decreases and shearing strength increases. When splitting strength becomes larger than shearing strength, the concrete key is supposed to be sheared off and the bearing angle is reduced with decreasing the splitting strength. As bars slip, bearing angle decreases continually so that splitting bond strength is maintained to be less than shearing bond strength. The bearing angle is found to play a key role in controlling the bond failure and determination of bond strength of ribbed reinforcing steel in concrete structures.
Frank, Timothy E.;Lepech, Michael D.;Billington, Sarah L.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.305-317
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2018
Steel reinforced Engineered Cementitious Composite (ECC) components have been proposed for seismic structural applications, for example in coupling beams, infill panels, joints, columns, and flexural members. The development of strain in the steel reinforcement of cementitious components has been shown to vary based on both the steel reinforcement ratio and the applied deformation history. Strain in the steel reinforcement of reinforced ECC components is an important structural response metric because ultimate failure is often by fracture of the steel reinforcement. A recently proposed bond-slip model has been successfully calibrated to cyclically tested reinforced ECC beams wherein the deformation history contained monotonically increasing cycles. This paper reports simulations of two-dimensional finite element models of reinforced ECC beams to determine the appropriateness and significance of altering a phenomenological bond-slip model based on the applied deformation history. The numerical simulations with various values of post-peak bond-slip softening stiffness are compared to experimental results. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness had little effect on the cracking patterns and hysteretic response of the reinforced ECC flexural models tested, which consisted of two different steel reinforcement ratios subjected to two different deformation histories. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness did, however, affect the magnitude of strain and the length of reinforcing bar that strain-hardened. Overall, a numerical model with a constant bond-slip model represented well various responses in reinforced ECC beams with multiple steel reinforcement ratios subjected to different deformation histories.
This work studies the reliability analysis of a slope that considers multiple failure modes. The analysis consists of two parts. First, significant failure modes that contribute most to system reliability are determined. The so-called barrier method proposed by Der Kiureghian and Dakessian to identify significant failure modes successively is employed. Second, the failure probability for the slope is estimated on the basis of the identified significant failure modes and corresponding design points. For reliability problems entailing multiple design points, failure probability can be estimated by the multi-point first-order reliability method (FORM), Ditlevsen's bounds method, and Monte Carlo simulation. In this paper, a comparative study between these methods has been made through example problems. Analysis results showed that while a soil slope may have a large number of potential slip surfaces, its system failure probability is usually governed by a few significant slip surfaces. Therefore, the most important step in the system reliability analysis for a soil slope is to identify all the significant failure modes in an efficient way.
To find the structural characteristics of non-slip device in connecting method B between steel pipe pile and concrete footing, compression and uplift test was performed for full sized specimens not having non-slip device, those having non-slip device with two curved steel plate bars welded inside the steel pipe pile(standard method), and those having non-slip device with serveral curved steel plate bars bolted inside the steel pipe pile(new method). As a result, specimens not having non-slip device had chemical debonding failure at 15.6tonf of peak uplift load and 27.57tonf of peak compression load. And the standard method and the new method showed about 8.9 times of peak uplift load and 6.2 times of peak compression load higher than specimens not having non-slip device. The load transfers of lower non-slip devices of the standard method and the new method were similar in behavior, while the higher non-slip device of the new method showed higher ratio of load transfer than that of the standard method. And these two methods had nearly the same composite action and structural capacity caused by non-slip devices.
There are many joint fissures distributed in the engineering rock mass. In the process of geological history, the underground rock mass undergoes strong geological processes, and undergoes complex geological processes such as fracture breeding, expansion, recementation, and re-expansion. In this paper, the damage-stick-slip process (DSSP), an analysis model used for rock mass failure slip, was established to examine the master control and time-dependent mechanical properties of the new and primary fractures of a multi-fractured rock mass under the action of stress loading. The experimental system for the recemented multi-fractured rock mass was developed to validate the above theory. First, a rock mass failure test was conducted. Then, the failure stress state was kept constant, and the fractured rock mass was grouted and cemented. A secondary loading was applied until the grouted mass reached the intended strength to investigate the bearing capacity of the recemented multi-fractured rock mass, and an acoustic emission (AE) system was used to monitor AE events and the update of damage energy. The results show that the initial fracture angle and direction had a significant effect on the re-failure process of the cement rock mass; Compared with the monitoring results of the acoustic emission (AE) measurements, the master control surface, key blocks and other control factors in the multi-fractured rock mass were obtained; The triangular shaped block in rock mass plays an important role in the stress and displacement change of multi-fracture rock mass and the long fissure and the fractures with close fracture tip are easier to activate, and the position where the longer fractures intersect with the smaller fractures is easier to generate new fractures. The results are of great significance to a multi-block structure, which affects the safety of underground coal mining.
In steel and concrete composite girders, the load transfer between the steel beam and the concrete slab is commonly ensured by installing shear connectors. In this paper, to investigate the nonlinear behavior of perfobond connectors, a total of 60 push-out specimens were fabricated and tested with the variables for the hole diameter, the concrete strength, the thickness of concrete slab, the diameter, strength and existence of perforating rebar, the thickness, height and distance of perfobond ribs. The failure mode and the load-slip behavior of perfobond connectors were obtained. A theoretical model was put forward to express the load-slip relationship. Analytical formulas of shear capacity and peak slip were also proposed considering the interaction between the concrete dowel and the perforating rebar. The calculation results of the proposals agreed well with the experimental values.
Yang Dong suk;Koh Byung Soon;Park Sun Kyu;You Young Chan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.635-638
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2004
External bonding of steel plates has been used to strengthen deficient reinforced-concrete structures since the 1960s. In recent years, fiber-reinforcde polymer(FRP) plates have been increasingly used to replace steel plates due to their superior properties. This paper is concerned with anchorage failure due to crack propagation parallel to the boned plated near or along the adhesive/concrete interface, staring from the critically stressed position toward the anchored end of the plates. Factor of bond-slip interface model is average bond stress, effective length, slip volume and fracture energy. The aim of the present paper is to provide a comprehensive assessment of bond-slip interface model with concrete and CFRP plates.
In this paper, a stress transfer mechanism between near surface-mounted (NSM) fiber reinforced polymer (FRP) plate and concrete was investigated and a reliable analytical procedure for it was presented by using bilinear bond-slip model simulating the bond behavior of NSM FRP plate. As a result, critical values in the bi-linear model such as maximum shear strength, slip at that time and failure slip at the initiation of softening de-bonding were suggested for being used in the differential equation considering he interfacial characteristic between NSM FRP and concrete. Also, it was found that the bond-slip behavior could be suitably redicted by using the proposed procedure even in the case of various bond lengths from the comparison with bond test result.
In order to investigate the influence of the interfacial angel on failure characteristics and mechanism of combined coal-rock mass, 35 uniaxial/biaxial compressive simulation tests with 5 different interfacial angels of combined coal-rock samples were conducted by PFC2D software. The following conclusions are drawn: (1) The compressive strength and cohesion decrease with the increase of interfacial angle, which is defined as the angle between structure plane and the exterior normal of maximum principal plane, while the changes of elastic modulus and internal friction angle are not obvious; (2) The impact energy index $K_E$ decreases with the increase of interfacial angle, and the slip failure of the interface can be predicted based on whether the number of acoustic emission (AE) hits has multiple peaks or not; (3) There are four typical failure patterns for combined coal-rock samples including I (V-shaped shear failure of coal), II (single-fracture shear failure of coal), III (shear failure of rock and coal), and IV (slip rupture of interface); and (4) A positive correlation between interfacial angle and interface effect is shown obviously, and the interfacial angle can be divided into weak-influencing scope ($0-15^{\circ}$), moderate-influencing scope ($15-45^{\circ}$), and strong-influencing scope (> $45^{\circ}$), respectively. However, the confining pressure has a certain constraint effect on the interface effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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