Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.530-533
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2009
This study deals with 2D and 3D nonlinear seismic damage analysis of a concrete gravity dam using the finite element program ABAQUS and the concrete damaged plasticity model. 2D and 3D spillway sections of the dam are simulated. First the frequency analysis is conducted to compare the fundamental frequency and estimate the value of damping coefficient. Then the seismic analysis is conducted using the simulated ground acceleration motion. The relative displacement between the crest and bottom of the dam is obtained and compared for the maximum value and occurrence time. The results indicate that the plane-stress assumption gives similar results of maximum relative displacement and final damage distribution with 3D analysis.
This study presents a new beam-column model comprising material nonlinearity and joint flexibility to predict the nonlinear response of reinforced concrete structures. The nonlinear behavior of connections has an outstanding role on the nonlinear response of reinforced concrete structures. In presented research, the joint flexibility is considered applying a rotational spring at each end of the member. To derive the moment-rotation behavior of beam-column connections, the relative rotations produced by the relative slip of flexural reinforcement in the joint and the flexural cracking of the beam end are taken into consideration. Furthermore, the considered spread plasticity model, unlike the previous models that have been developed based on the linear moment distribution subjected to lateral loads includes both lateral and gravity load effects, simultaneously. To confirm the accuracy of the proposed methodology, a simply-supported test beam and three reinforced concrete frames are considered. Pushover and nonlinear dynamic analysis of three numerical examples are performed. In these examples the nonlinear behavior of connections and the material nonlinearity using the proposed methodology and also linear flexibility model with different number of elements for each member and fiber based distributed plasticity model with different number of integration points are simulated. Comparing the results of the proposed methodology with those of the aforementioned models describes that suggested model that only uses one element for each member can appropriately estimate the nonlinear behavior of reinforced concrete structures.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.2
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pp.11-17
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2018
Concrete is the well-used material in many architectural and civil structures. The behavior of concrete does exhibit a different characteristic in compression and tension, and it also shows an inelastic-nonlinear behavior. In addition, the concrete properties vary slightly depending on the environmental factor and manufacturer. These properties of concrete make the modeling or simulation of concrete material difficult. In reinforced concrete, particularly, there is a difficulty in bond-slip relationship between concrete and steel. However, in this paper, reserving remainder of these limits the finite element analysis for reinforced concrete beams through ABAQUS simulation has been carried out with some assumptions. Assumptions include the perfect bond of steel and concrete as well as the concrete damaged plasticity (CDP) in concrete property. There is a reasonable agreement between the experimental and numerical results, although the analytical strength and external rod deformation are slightly overestimated. The average and standard deviation between two results are 1.05 and 0.05, respectively. And the models and the computations lead to the evolution of fracture in bending beam.
We present the numerical implementation, simulation, and validation of the high-velocity impact experiments that have been described in the companion article. In this part, numerical investigations and simulations performed to mimic the tests are presented. The experiments were analyzed by the explicit integration-based software ABAQUS for improved simulations. Targets were modeled with a damaged plasticity model for concrete. Computational results of residual velocity and crater dimensions yielded acceptable results.
Dan, Saikat;Chaudhary, Manpreet;Barai, Sudhirkumar V.
Computers and Concrete
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v.21
no.3
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pp.321-333
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2018
Flat-slabs, being a significant structural component, not only reduce the dead load of the structure but also reduce the amount of concrete required for construction. Moreover the use of recycled aggregates lowers the impact of large scale construction to nearby ecosystems. Recycled aggregate based concrete being a quasi-brittle material shows enormous cracking during failure. Crack growth in flat-slabs is mostly in sliding mode (Mode II). Therefore sufficient sections need to be provided for resistance against such failure modes. The main objective of the paper is to numerically determine the ultimate load carrying capacity of two self-similar flat-slab specimens and validate the results experimentally for the natural aggregate as well as recycled aggregate based concrete. Punching shear experiments are carried out on circular flat-slab specimen on a rigid circular knife-edge support built out of both normal (NAC) and recycled aggregate concrete (RAC, with full replacement). Uniaxial compression and bending tests have been conducted on cubes, cylinders and prisms using both types of concrete (NAC and RAC) for its material characterization and use in the numerical scheme. The numerical simulations have been conducted in ABAQUS (a known finite element software package). Eight noded solid elements have been used to model the flat slab and material properties have been considered from experimental tests. The inbuilt Concrete Damaged Plasticity model of ABAQUS has been used to monitor crack propagation in the specimen during numerical simulations.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.4
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pp.20-27
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2021
The present study presents a nonlinear finite element analysis (FEA) approach using the general program of Abaqus to evaluate the seismic response of unreinforced masonry walls strengthened with the steel bar truss system developed in the previous investigation. For finite element models of masonry walls, the concrete damaged plasticity (CDP) and meso-scale methods were considered on the basis of the stress-strain relationships under compression and tension and shear friction-slip relationship of masonry prisms proposed by Yang et al. in order to formulate the interface characteristics between brick elements and mortars. The predictions obtained from the FEA approach were compared with test results under different design parameters; as a result, a good agreement could be observed with respect to the crack propagation, failure mode, rocking strength, peak strength, and lateral load-displacement relationship of masonry walls. Thus, it can be stated that the proposed FEA approach shows a good potential for designing the seismic strengthening of masonry walls.
Based on the experiment results, the damage and fracture behavior of concrete at the ages of 1d, 2d, 7d and 28d, in three-point bending and uniaxial tensile tests, were simulated with a finite element program, ABAQUS. The critical stress intensity factor $K_{IC}^s$ and the critical crack tip opening displacement ($CTOD_C$) of concrete were calculated with effective-elastic crack approach for the three-point bending test of grade C30 concrete. Based on the crack band model, a bilinear strain-softening curve was derived to simulate the LOAD-CMOD curves and LOAD-Displacement curves. In numerical analysis of the uniaxial tension test of concrete of grade C40, the damage and fracture mechanics were combined. The smeared cracking model coupling with damaged variable was adopted to evaluate the onset and development of microcracking of uniaxial tensile specimen. The uniaxial tension test was simulated by invoking the damage plastic model which took both damage and plasticity as inner variables with user subroutines. All the numerical simulated results show good agreement with the experimental results.
The validation based on the experimental data demonstrates that the concrete strength under triaxial compression (TC) is overestimated by Lubliner-Oller strength criterion (SC) but underestimated by Lubliner-Lee SC in ABAQUS. Moreover, the discontinuous derivatives of failure criterion exists near the unexpected breakpoints. Both resulted from the piecewise linear meridians of the original Lubliner SC with constants γ. Following the screen for the available failure criteria to determine the model parameter γ of Lubliner SC, Menétrey-Willam SC (MWSC) is considered the most promising option with a reasonable aspect ratio Kc but no other strength values required and only two new model parameters introduced. The failure surface of the new Lubliner SC based on MWSC (Lubliner-MWSC) is smooth and has no breakpoints along the hydrostatic pressure (HP) axis. Finally, predicted results of Lubliner-MWSC are compared with other concrete failure criteria and experimental data. It turns out that the Lubliner-MWSC can represent the concrete failure behavior, and MWSC is the optimal choice to improve the applicability of the concrete damaged plasticity model (CDPM) under TC in ABAQUS.
When reinforced concrete structures are subjected to strong seismic forces, their beam-column connections are very susceptible to be damaged during the earthquake event. Consequently, structural designers try to fit an important quantity of steel reinforcement inside the connection, complicating its construction without a clear justification for this. The aim of this work is to evaluate -and demonstrate- numerically how the quantity and the array of the internal steel reinforcement influences on the nonlinear response of the RC beam-column connection. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. The nonlinear response of the RC beam-column connection is evaluated taking into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: a damage model is used for concrete; a classical plasticity model is adopted for steel reinforcement; the steel-concrete bonding is considered perfect without degradation. At the end, the experimental responses obtained in the tests are compared to the numerical results, as well as the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection, which are analyzed for a low and high state of confinement.
Two enhancements to a recently developed plastic-damage-contact model for concrete are presented. The model itself, which uses planes of degradation that can undergo damage and separation but that can regain contact according to a contact law, is described. The first enhancement is a new damage evolution function which provides a completely smooth transition from the undamaged to the damaged state and from pre-peak to post-peak regions. The second is an improved contact function that governs the potential degree of contact with increasing opening on a crack plane. The use of a damage evolution function with a pre-peak has implications for the consistent tangent matrix/stress recovery algorithm developed for the model implementation, and amendments to this algorithm to accommodate the new function are described. A series of unpublished experimental tests on notched specimens undertaken in Cardiff in the mid 1990s are then described. These include notched beam tests as well as prismatic and cylindrical torsion tests. The tests are then considered in three dimensional finite element analyses using the modified Craft model implemented in the finite element program LUSAS. Comparisons between experimental and numerical data show reasonable agreement except that the numerical simulations do not fully describe the latter stages of the softening responses for the torsion examples. Finally, it is concluded that the torsion tests described provide useful benchmark examples for the validation of three-dimensional numerical models for concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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