This study aims to investigate the influence of individual and hybrid fiber on the local bond-slip behavior of medium and high strength concrete after exposure to different high temperatures. Tests were conducted on local pullout specimens (150 mm cubes) with a reinforcing bar embedded in the center section. The embedment lengths in the pullout specimens were three times the bar diameter. The parameters investigated include concrete type (control group: ordinary concrete; experimental group: fiber concrete), concrete strength, fiber type and targeted temperature. The test results showed that the ultimate bond stress in the local bond stress versus slip curve of the high strength fiber reinforced concrete was higher than that of the medium strength fiber reinforced concrete. In addition, the use of hybrid combinations of steel fiber and polypropylene fiber can enhance the residual bond strength ratio of high strength concrete.
Description of the behavior of the R.C structural members fixed on massive concrete is not normally generalization of recognized configuration for regular R.C. design guidanes. This can be due to the complexity of evaluation of internal resistancy and deflection changes of the members subjected to the various external forces. On the base of axially loaded member fixed on footing, however, the estimation of deflection changes due to flexural force shear force and rotational force is to be carried out in ways of specifying the bond characteristics of axial bars embedded in massive concrete. This work is to quantify adhesion of steel-concrete, initial concrete cracking stress near bar rib, maximum bond stress and residual stress in concrete respectively. In addition to quantification of them for particulate behavior, the suggestions of multi-linear bond stress-slip diagram made in carrying out finite element analyses for adhesion failure, examining concrete cracking status and reviewing existing experimental data lead to alternatively constructed relationship between bond stress and slip for a axial bars embedded massive concrete.
Reinforced concrete (RC) structures consist of two different materials: concrete and steel bar. The stress transfer behaviour between the two materials through bond plays an important role in the load-carrying capacity of RC structures, especially when they subject to lateral load such as blast and seismic load. Therefore, bond and slip between concrete and reinforcement bar will affect the response of RC structures under such loads. However, in most numerical analyses of blast-induced structural responses, the perfect bond between concrete and steel bar is often assumed. The main reason is that it is very difficult to model bond slip in the commercial finite element software, especially in hydrodynamic codes. In the present study, a one-dimensional slide line contact model in LS-DYNA for modeling sliding of rebar along a string of concrete nodes is creatively used to model the bond slip between concrete and steel bars in RC structures. In order to model the bond slip accurately, a new approach to define the parameters of the one-dimensional slide line model from common pullout test data is proposed. Reliability and accuracy of the proposed approach and the one-dimensional slide line in modelling the bond slip between concrete and steel bar are demonstrated through comparison of numerical results and experimental data. A case study is then carried out to investigate the bond slip effect on numerical analysis of blast-induced responses of a RC column. Parametric studies are also conducted to investigate the effect of bond shear modulus, maximum elastic slip strain, and damage curve exponential coefficient on blast-induced response of RC columns. Finally, recommendations are given for modelling the bond slip in numerical analysis of blast-induced responses of RC columns.
This paper presents a bond characteristics of high strength steel reinforced concrete members. High strength steel is what yield strength is higher than that of normal strength steel. So, the amount of flexural steel needed in R.C. members can be decreased. In result, it is expected that the workability and structure quality can improve and man power can minimize. For this purpose, specimens were made and tested with experimental parameters, such as concrete strength, steel diameter and yield strength. The result showed that under same tensile force of steel, in case of substituting normal strength steel with high strength steel, maximum bond stress increased and development length didn't almost change. In addition, the governing equation of bond and bond stress verse slip relationship were derived and compared with test values such as maximum bond stress, slip and bond stiffness.
This paper presents a nonlinear analysis of reinforced concrete column with lap splice confined by FRP wrapping in the critical hinging zone. The steel stress-slip model derived from the tri-uniform bond stress model presented in the companion paper is included in the nonlinear frame analysis to simulate the response of reinforced concrete columns subjected to cyclic displacement reversals. The nonlinear modeling is based on a fiber discretization of an RC column section. Each fiber is modeled as either nonlinear concrete or steel spring, whose load-deformation characteristics are calculated from the section of fiber and material properties. The steel spring that models the reinforcing bars consists of three sub-springs, i.e., steel bar sub-spring, lap splice spring, and anchorage bond-slip spring connected in series from top to bottom. By combining the steel stress versus slip of the lap splice, the stress-deformation of steel bar and the steel stress-slip of bars anchored into the footing, the nonlinear steel spring model is derived. The analytical responses are found to be close to experimental ones. The analysis without lap splice springs included may result in an erroneous overestimation in the strength and ductility of columns.
The key issue for the finite element analysis (FEA) of section steel reinforced concrete (SRC) structure is how to consider the bond-slip performance. However, the bond-slip performance is hardly considered in the FEA of SRC structures because it is difficult to achieve in the finite element (FE) model. To this end, the software developed by Python can automatically add spring elements for the FE model in ABAQUS to considering bond-slip performance. The FE models of the push-out test were conducted by the software and calculated by ABAQUS. Comparing the calculated results with the experimental ones showed that: (1) the FE model of SRC structure with the bond-slip performance can be efficiently and accurately conducted by the software. For the specimen with a length of 1140 mm, 3565 spring elements were added to the FE model in just 6.46s. In addition, different bond-slip performance can also be set on the outer side, the inner side of the flange and the web. (2) The results of the FE analysis were verified against the corresponding experimental results in terms of the law of the occurrence and development of concrete cracks, the stress distribution on steel, concrete and steel bar, and the P-S curve of the loading and free end.
The use of recycled aggregate concrete for the purpose of environmental and resource conservation has gained increasing interest in construction engineering. Nevertheless, few studies have reported on the bonding performance of the bars in recycled aggregate concrete after exposed to high temperatures. In this paper, 72 pull-out specimens and 36 cubic specimens with different recycled coarse aggregate content (i.e., 0%, 50%,100%) were cast to evaluate the bond behavior between recycled aggregate concrete and steel bar after various temperatures ($20^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $600^{\circ}C$). The results show that the recycled aggregate concrete pull-out specimens exhibited similar bond stress-slip curves at both ambient and high temperature. The bond strength declined gradually with the increase of the temperature. On the basis of a regression analysis of the experimental data, a revised bond strength mode and peak slip ratios relationship model were proposed to predict the post-heating bond-slip behavior between recycled aggregate concrete and steel bar.
The bonding efficacy of steel I-section embedded in metakaolin-fly ash-based geopolymer concrete (MK-FA-GC) was investigated in this study. Push-out tests were conducted on nine column specimens to evaluate the influence of compressive strength of concrete, embedded length of steel I-section, thickness of concrete cover, and stirrup ratio on the bond performance. Failure patterns, load-slip relationships, bond strength, and distribution of bond stress among the specimens were analyzed. The characteristic bond strength of geopolymer concrete (GC) increased with higher compressive strength, longer embedded steel section length, thicker concrete cover, and larger stirrup ratio. Empirical formulas for bond strength at the loading end were derived based on experimental data and a bond-slip constructive model for steel-reinforced MK-FA-GC was proposed. The calculated bond-slip curves showed good agreement with experimental results. Furthermore, numerical simulations using ABAQUS software were performed on column specimens by incorporating the suggested bond-slip relationship into connector elements to simulate the interface behavior between MK-FA-GC and the steel section. The simulation results showed a good correlation with the experimental findings.
Employing discrete elements for considering bond-slip effects in reinforced concrete structures is very time consuming. In this study, a new modified embedded element method is used to consider the bond-slip phenomenon in structural behavior of reinforced concrete structures. A comprehensive parametric study of RC slabs is performed to determine influence of different variables on structural behavior. The parametric study includes a set of simple models accompanied with complex models such as multi-storey buildings. The procedure includes the decrease in the effective stiffness of steel bar in the layered model. Validation of the proposed model with existing experimental results demonstrates that the model is capable of considering the bond-slip effects in embedded elements. Results demonstrate the significant effect of bond-slip on total behavior of structural members. Concrete characteristic strengths, steel yield stress, bar diameter, concrete coverage and reinforcement ratios are the parameters considered in the parametric study. Results revealed that the overall behavior of slab is significantly affected by bar diameter compared with other parameters. Variation of steel yield stress has insignificant impact in static response of RC slabs; however, its effect in cyclic behavior is important.
Concrete reinforced with fiber reinforced polymer (FRP) bars (FRP-RC) has attracted a significant amount of research attention in the last three decades. A limited number of studies, however, have investigated the effect of bond slip on the performance of FRP-RC columns under eccentric loading. Based on previous experimental study, a finite-element model of eccentrically loaded FRP-RC columns was established in this study. The bondslip behavior was modeled by inserting spring elements between FRP bars and concrete. The improved Bertero-Popov-Eligehausen (BPE) bond slip model with the results of existing FRP-RC pullout tests was introduced. The effect of bond slip on the entire compression-bending process of FRP-RC columns was investigated parametrically. The results show that the initial stiffness of bond slip is the most sensitive parameter affecting the compression-bending performance of columns. The peak bond stress and the corresponding peak slip produce a small effect on the maximum loading capacity of columns. The bondslip softening has little effect on the compression-bending performance of columns. The sectional analysis revealed that, as the load eccentricity and the FRP bar diameter increase, the reducing effect of bond slip on the flexural capacity becomes more obvious. With regard to bond slip, the axial-force-bending-moment (P-M) interaction diagrams of columns with different FRP bar diameters show consistent trends. It can be concluded from this study that for columns reinforced with large diameter FRP bars, the flexural capacity of columns at low axial load levels will be seriously overestimated if the bond slip is not considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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