The prestressed concrete continuous members with unbonded tendons were investigated while
comparing the experimental data with the analytical results. The comparison was carried out
with the program TAPS which can take into account the unbonded tendon effects. The subjects
that were interested included the load-deflection response, the design equations for the tendon
stress at failure, the effects of bonded reinforcements, the effects of span-depth ratio, the effects
of loading type. In this paper, contiriuous prestressed concrete members with unbonded ten
dons were investigated. Of twelve tests with continuous members, six were two-span beams and
six were three span one-way slats. Analytical results were compared favorably with experimental
data and disclosed that the tendon stress at flexural failure is the function of the amount of
bonded reinforcements, the loading types and patterns, and the tendon profile.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10b
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pp.662-667
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1998
Recently, the using PSC with external unbonded tendons is increased. However, the behavior of external unbonded tendons is different with that of bonded internal tendon at ultimate state by compatibility condition, the slip with friction at deviator and the change of tendon eccentricity e.t.c., So, the analytical research considered the effect of these inherent characters was performed and the tendency of external unbonded tendons was estimated by numerical examples. By the analytical results, load-deflection relationship and stress increment of external unbonded tendons were similar to those of internal bonded tendon at initial elastic behavior state. Those characters were, however, smaller than those character of internal bonded tendons. For external unbonded tendons, if the 1 deviator which is positioned at maximum moment point and more 2 deviators which are position between maximum moment point and support are existed, the flexural behavior is similar to internal bonded tendons.
The numerical simulation methodologies to evaluate the structural behaviors of prestressed concrete containment vessels (PCCVs) have been substantially developed in recent decades. However, there remain several issues to be investigated more closely to narrow the gap between test results and numerical simulations. As one of those issues, the effects of no stiffness inside unbonded tendon ducts on the behavior of PCCVs are investigated in this study. Duct holes for prestressing cables' passing are provided inside the containment wall and dome in one to three directions for general PCCVs. The specific stress distribution along the periphery of the prestressing duct hole and the loss of stiffness inside the hole, especially in an unbonded tendon system, are usually neglected in the analysis of PCCVs with the assumption that the duct hole is filled with concrete. However, duct holes are not small enough to be neglected. In this study, the effects of no stiffness inside the unbonded tendon system on the behaviors of PCCVs are evaluated using both analytical and numerical approaches. From the results, the effects of no stiffness in unbonded tendons need to be considered in numerical simulations for PCCVs, especially under internal pressure loading.
A tendon model that can effectively be used in finite element analyses of prestressed concrete (PSC) structures with bonded tendons is proposed on the basis of the bond characteristics between a tendon and its surrounding concrete. Since tensile forces between adjacent cracks are transmitted from a tendon to concrete by bond forces, the constitutive law of a bonded tendon stiffened by grouting is different from that of a bare tendon. Accordingly, the apparent yield stress of an embedded tendon is determined from the bond-slip relationship. The definition of the multi-linear average stress-strain relationship is then obtained through a linear interpolation of the stress difference at the post-yielding stage. Unlike in the case of a bonded tendon, on the other hand, a stress increase beyond the effective prestress in an unbonded tendon is not section-dependent but member-dependent. The tendon stress unequivocally represents a uniform distribution along the length when the friction loss is excluded. Thus, using a strain reduction factor, the modified stress-strain curve of an unbonded tendon is derived by successive iterations. The validity of the proposed two tendon models is verified through correlation studies between analytical and experimental results for PSC beams and slabs.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.537-548
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2008
Recently, the prestressed unbonded concrete structures are increasingly being built. The mechanical behavior of prestressed concrete beams with unbonded tendon is different from that of normal bonded PSC beams in that the increment of tendon stress was derived by whole member behavior. The purpose of the present paper is therefore to evaluate the flexural behavior and to propose the equation of ultimate tendon stress by performing static flexural test according to span/depth, concrete compression strength, reinforcement ratio and the effect of existing bonded tendon. From experimental results, for cracking, yielding and ultimate load, the effect of reinforcement ratio was more effective than concrete compression strength, and the beams having high strength concrete had a good performance than having low concrete, but there was no difference between high strength and low strength. And as L/dp was larger, test beams had a long region of ductility. This means that unbonded tendon has a large contribution after reinforcement yielding. Especially, the equation of ACI-318 was not match with test results and had no correlations. After analysis of test results, the equation of ultimate unbonded tendon stress without slip was proposed, and the proposed equation was well matched with test results. So the proposed equation in this paper will be a effective basis for the evaluation of unbonded tendons without slip, analysis and design.
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.
This paper describes an experimental study planned to examine the effects of important design variables which were used in the proposed equation by authors. Fourteen beams and slabs were designed with the variables, such as effective prestress, concrete strength, amount of tendons, amount of bonded reinforcements, loading type, and span/depth ratio. Then, deflections and tendon stresses were measured and compared according to the parametric variations of the selected variables. It was found that the tendon stress increment decreases as the level of effective prestress or the amount of unbonded tendons and bonded reinforcements increases. Also, the contributions of concrete strength, and loading type were observed to affect on the tendon stresses. However, the stress increments of unbonded tendon were minimal alt high values of span/depth in contrast with the ACI code.
It is difficult to accurately predict the flexural strength of prestressed members with unbonded tendons, unlike that of prestressed members with bonded tendons, due to the unbonded behavior between concrete and tendon. While there have been many studies on this subject, the flexural strength of prestressed members with unbonded tendons is still not well understood, and different standards in various countries often result in different estimation results for identical members. Therefore, this paper aimed to observe existing approaches and to propose an improved model for the ultimate strength of prestressed members with unbonded tendons. Additionally, a large number of tests results on flexural strength of prestressed members with unbonded tendons were collected from previous studies, which entered into a database to verify the accuracy of the proposed model. The proposed model, compared to existing approaches, well estimated the flexural strength of prestressed members with unbonded tendons, adequately reflecting the effects of influencing factors such as the reinforced steel ratio, the loading patterns, and the concrete strength. The proposed model also provided a reasonably good estimation of the ultimate strength of over-reinforced members and high-strength concrete members.
The external, unbonded prestressed concrete(PSC) members exhibit very different structural behavior from that of internal bonded PSC members because of eccentricity change and slip occurrence during loading process. The purpose of the present study is to propose the ultimate failure stresses of prestressing (PS) steels for those external unbonded PSC members. To this end, a comprehensive analysis has been made using the nonlinear finite element analysis program developed recently for external unbonded PSC members by authors. A series of major influencing variables have been included in the analysis. It was found that the span-depth ratio, neutral axis depth-effective depth ratio, load geometry, amount of ordinary steel, and prestressing steel ration have great influence for the ultimate failue stress of PS steel is preposed and is compared with experimental dat as well as existing formulas for internal unbonded members. The Comparison indicates that the proposed equation agrees relatively well with experimental data and that existing formulas including ACI and AASHTO equations show some discrepancies from experimental ones. The present study allows more realistic analysis and design of prestressed concrete structures with external unbonded tendons.
Tendon failures in bonded post-tensioned bridges over the last two decades have motivated ongoing investigations on various aspects of unbonded tendons and their monitoring methods. Recent research shows that change of strain distribution in anchor heads can be useful in detecting wire breakage in unbonded construction. Based on this strain variation, this paper develops a damage detection model that enables an automated tendon monitoring system to identify and locate wire breaks. The first part of this paper presents an experimental program conducted to study the strain variation in anchor heads by generating wire breaks using a mechanical device. The program comprised three sets of tests with fully populated 19-strand anchor head and evaluated the levels of strain variation with number of wire breaks in different strands. The sensitivity of strain variation with wire breaks in circumferential and radial directions of anchor head in addition to the axial direction (parallel to the strand) were investigated and the measured axial strains were found to be the most sensitive. The second part of the paper focuses on formulating the wire breakage detection framework. A finite element model of the anchorage assembly was created to demonstrate the algorithm as well as to investigate the asymmetric strain distribution observed in experimental results. In addition, as almost inevitably encountered during tendon stressing, the effects of differential wedge seating on the proposed model have been analyzed. A sensitivity analysis has been performed at the end to assess the robustness of the model with random measurement errors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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