In this paper, two dimensional and three dimentional modeling techniques are proposed for the failure analysis of deteriorated reinforced concrete T-girder bridge subjected to cyclic loading up to failure. For the nonlinear failure anaysis, a tension stiffening model which can consider degradation of bond between reinforcement and surrounding concrete due to corrision of rebars in old bridge is proposed and a modeling technique for the supports conditions of the bridges which can consider degradation of bearing at supports in old bridge is also proposed, The analysis results along with comparisons with full-scale failure-test results confirm that finite element modeling techniques in this paper can be well applied to the failure analyses of in-situ old reinforced concrete T-girder bridges subjected to cyclic loading and the support condition modeling especially affects the bridge strength significantly.
Parrotta, Javier Ezeberry;Peiretti, Hugo Corres;Gribniak, Viktor;Caldentey, Alejandro Perez
Computers and Concrete
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v.13
no.6
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pp.799-827
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2014
In this paper, a theoretical and experimental study of the sectional behaviour of reinforced concrete beams subjected to short-term loads is carried out. The pure bending behaviour is analysed with moment-curvature diagrams. Thus, the experimental results obtained from 24 beams tested by the authors and reported in literature are compared with theoretical results obtained from a layered model, which combines the material parameters defined in Model Code 2010 with some of the most recognized tensions-tiffening models. Although the tests were carried out for short-term loads, the analysis demonstrates that rheological effects can be important and must be accounted to understand the experimental results. Another important conclusion for the beams tested in this work is that the method proposed by EC-2 tends to underestimate the tension-stiffening effects, leading to inaccuracies in the estimations of deflections. Thus, the actual formulation is analysed and a simple modification is proposed. The idea is the separation of the deflection prediction in two parts: one for short-term loads and other for rheological effects (shrinkage). The results obtained are in fairly good agreement with the experimental results, showing the feasibility of the proposed modification.
This paper presents the analysis of intermediate crack-induced (IC) debonding failure loads for reinforced concrete (RC) beams strengthened with adhesively-bonded fiber-reinforced polymer (FRP) plates or sheets. The analysis consists of the energy release and simple ACI methods. In the energy release method, a fracture criterion is employed to predict the debonding loads. The interfacial fracture energy that indicates the resistance to debonding is related to the bond-slip relationships obtained from the shear test of FRP-to-concrete bonded joints. The section analysis that considers the effect of concrete's tension stiffening is employed to develop the moment-curvature relationships of the FRP-strengthened sections. In the ACI method, the onset of debonding is assumed when the FRP strain reaches the debonding strain limit. The tension stiffening effect is neglected in developing a moment-curvature relationship. For a comparison purpose, both methods are used to numerically investigate the effects of relevant parameters on the IC debonding failure loads. The results show that the debonding failure load generally increases as the concrete compressive strength, FRP reinforcement ratio, FRP elastic modulus and steel reinforcement ratio increase.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.99-107
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1993
In this study, material nonlinear finite element program is developed to analyze reinforced concrete shell of arbitrary geometry considering tension stiffening effects. This study is capable of tracing the load-deformation response and crack propagation, as well as determining the internal concrete and steel stresses through the elastic, inelastic and ultimate ranges in one continuous computer analysis. The cracked shear retention factor is introduced to estimate the effective shear modulus including aggregate interlock and dowel action. The concrete is assumed to be brittle in tension and elasto-plastic in compression. The Drucker-Prager yield criterion and the associated flow rule are adopted to govern the plastic behavior of the concrete. The reinforcing bars are considered as a steel layer of equivalent thickness. A layered isoparametric flat finite element considering the coupling effect between the in-plane and the bending action was developed. Mindlin plate theory taking account of transverse shear deformation was used. An incremental tangential stiffness method is used to obtain a numerical solution. Numerical examples about reinforced concrete shell are presented. Validity of this method is studied by comparing with the experimential results of Hedgren and the numerical analysis of Lin.
Liu, Yongjian;Xiong, Zhihua;Feng, Yuncheng;Jiang, Lei
Steel and Composite Structures
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v.24
no.4
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pp.455-465
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2017
This paper presents a series of ultimate and fatigue experimental investigation on concrete-filled rectangular hollow section (CRHS) X joints with Perfobond Leister rib (PBR) under tension. A total of 15 specimens were fabricated, in which 12 specimens were tested under ultimate tension and 3 specimens were investigated in fatigue test. Different parameters including PBR stiffening, brace-to-chord ratio (${\beta}$) and inclined angle (${\theta}$) were considered in the test. Each joint was tested to failure under tension load. Obtained from test result, PBR was found to improve the tension strength and fatigue durability of CRHS joint substantially. Concrete dowel consisted by PBR and concrete inside the chord stiffened the joint, which leaded to a combination failure mode of punching shear and chord plastification of CRHS joint under tension. Finite element analysis validated the compound failure mode. Stress concentration on typical spot of CRHS joint was mitigated by PBR which was observed from fatigue test. Initial fatigue crack presented in CRHS joint with PBR also differentiated with the counterpart without PBR.
The moment redistribution in continuous reinforced concrete beams is very feasible phenomenon, by which the efficiency and the economy in designing reinforced concrete members can be enhanced. However, to understand the structural behavior by moment redistribution phenomenon, it is desirable to verify its mechanism experimentally considering tension stiffening effect, the relationship of moment redistribution and beam deflection, crack pattern, and effective stiffness. Six reinforced concrete continuous beam specimens were fabricated, and each specimen had a dimension of 250 mm $\times$ 350 mm and 7,000 mm long. The location of de-bonding was taken as the primary test parameter to investigate tension stiffening effect. The moment redistribution ratio of the specimens was different depending on the position of de-bonding, and in particular no moment redistribution was observed when de-bonding exist at both ends, the maximum negative moment region and the maximum positive moment region.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.285-288
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2008
A model for the effective moment of inertia $I_{\epsilon}$ as expressed in Branson's equation, in which reduction of the flexural rigidity of RC beams due to cracking are aptly taken into accoun,t is presented. However, KCI Code isn`t considered tension stiffening as it is in debonding of reinforcing bar. Therefore, this equation need to set up suitable to our design Code. The experimental work consisted of casting and testing a total of 6 simply supported reinforced concrete beams and a total of 4 continuos reinforced concrete beams under two point concentrated loads. Main parameters are concrete strength, coverage, bond between concrete and reinforcing bars, are known as have an effect on deflection and tension stiffening. Every test beams had the same $250{\times}350$mm rectangular section, with a simply supported clear span of 4,400 mm and a continuos clear span of 6,500 mm. Comparison of the test results with values obtained using the KCI Code equation of the effective moment of inertia showed a noticeable difference.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.47-53
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2022
As the limit state design method is applied as a method of designing concrete structures, the ultimate state is considered in the analysis or design. In fact, when the reinforced concrete member bears tensile force, the force is transmitted from the rebar to the concrete, and the structure bears the tensile force to the ultimate state even after yield. Therefore, the accurate evaluation of behavior after yield, it is necessary to study the tension stiffening effect after yield of the flexural member. In this study, a 4-point bending test was conducted on the RC simple beam having a rectangular cross section of the double reinforcement, and the behavior of the member was analyzed in detail using the image analysis method. Using the analysis results, the estimation formula for the tension stiffening effect after yield was proposed, and the applicability of this was verified through the experimental results of existing study. The difference between the ultimate strain and the yield strain representing the ductile behavior of the member is similar to the experimental results. The prediction of the proposed formula is relatively accurate.
Oehlers, Deric. J.;Nguyen, Ninh T.;Bradford, Mark A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.9
no.5
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pp.491-504
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2000
A convenient method for enhancing the strength and stiffness of existing reinforced concrete beams is to bond adhesively steel plates to their tension faces. However, there is a limit to the applicability of tension face plating as the tension face plates are prone to premature debonding and, furthermore, the addition of the plate reduces the ductility of the beam. An alternative approach to tension face plating is to bond adhesively steel plates to the sides of reinforced concrete beams, as side plates are less prone to debonding and can allow the beam to remain ductile. Debonding at the ends of the side plates due to flexural forces, that is flexural peeling, is studied in this paper. A fundamental mathematical model for flexural peeling is developed, which is calibrated experimentally to produce design rules for preventing premature debonding of the plate-ends due to flexural forces. In the companion paper, the effect of shear forces on flexural peeling is quantified to produce design rules that are applied to the strengthening and stiffening of continuous reinforced concrete beams.
철근콘크리트 보에 대해서 인장강화효과의 소성힌지길이를 고려한 재료비선형 해석을 수행하였다. 비선형 해석에서 자유도가 많은 대형구조물에 적용시키기에는 많은 제약이 따르는 복잡한 층상해석기법을 사용하는 대신 단면해석을 통해 미리 구성된 모멘트-곡률 관계를 이용하였으며, 유한요소해석에서 사용요소의 크기에 따른 수치해석상의 오차를 줄이기 위해 인장강화효과와 소성힌지길이 개념을 도입하였다. 마지막으로 제안된 해석 알고리즘의 타당성을 검증하기 위하여 해석결과와 실험결과간의 상호 관계를 비교, 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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