This paper presents the results of a study on the capability of nonlinear quasi-static finite element modelling in simulating the hysteretic behaviour of CFRP and GFRP-retrofitted RC exterior beam-column joints under cyclic loads. Four specimens including two plain and two CFRP/GFRP-strengthened beam-column joints tested by Mahini and Ronagh (2004) and other researchers are modelled using ANSYS. Concrete in compression is defined by the modified Hognestad model and anisotropic multi-linear model is employed for modelling the stress-strain relations in reinforcing bars while anisotropic plasticity is considered for the FRP composite. Both concrete and FRP are modelled using solid elements whereas space link elements are used for steel bars considering a perfect bond between materials. A step by step load increment procedure to simulate the cyclic loading regime employed in the testing. An automatically reforming stiffness matrix strategy is used in order to simulate the actual seismic performance of the RC concrete after cracking, steel yielding and concrete crushing during the push and pull loading cycles. The results show that the hysteretic simulation for all specimens is satisfactory and therefore suggest that the numerical model can be used as an inexpensive tool to design of FRP-strengthened RC beam-column joints under cyclic loads.
A local behavior law, which includes elasticity, plasticity and damage, is developed in a three dimensional numerical model for concrete. The model is based on the Discrete Element Method (DEM)and the computational implementation has been carried out in the numerical Code YADE. This model was used to study the response of a concrete slab impacted by a rigid missile, and focuses on the extension of the compacted zone. To do so, the model was first used to simulate compression and hydrostatic tests. Once the local constitutive law parameters of the discrete element model were calibrated, the numerical model simulated the impact of a rigid missile used as a reference case to be compared to an experimental data set. From this reference case, simulations were carried out to show the importance of compaction during an impact and how it expands depending on the different impact conditions. Moreover, the numerical results were compared to empirical predictive formulae for penetration and perforation cases, demonstrating the importance of taking into account the local compaction process in the local interaction law between discrete elements.
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.
The softening behaviors of concrete have been the object of numerous experimental and numerical studies, because the load carrying capacity of cracked concrete structure is not zero. Numerical studies are devoted to the investigation of three-dimensional softening behaviors of concrete on the basis of a viscoplastic theory, which may be able to represent the effects of plasticity and also of rheology. In order to properly describe material behaviors corresponding to different stress levels, two surfaces in stress space are adopted; one is a yield surface, and the other is a failure or bounding surface. When a stress path reaches the failure surface, it is considered that the softening behaviors are initiated as micro-cracks coalesce and are simulated by assuming that the actual strain increments in the post-peak region are less than the equivalent viscoplastic strain increment. The experimental studies and the finite element analyses have been carried out under the displacement control. Numerically simulated results indicate that the model is able to predict the essential characteristics of concrete behaviors such as the non-linearity, stiffness degradation, different behaviors in tension and compression, and specially dilatation under uniaxial compression.
Population increase and economic developments can lead to construction as well as demolition of infrastructures such as buildings, bridges, roads, etc resulting in used concrete as a primary waste product. Recycling of waste concrete to obtain the recycled concrete aggregates (RCA) for base and/or sub-base materials in road construction is a foremost application to be promoted to gain economical and sustainability benefits. As the mortar, bricks, glass and reclaimed asphalt pavement (RAP) present as constituents in RCA, it exhibits inconsistent properties and performance. In this study, six different types of RCA samples were subjected classification tests such as particle size distribution, plasticity, compaction test, unconfined compressive strength (UCS) and California bearing ratio (CBR) tests. Results were compared with those of the standard road materials used in Queensland, Australia. It was found that material type 'RM1-100/RM3-0' and 'RM1-80/RM3-20' samples are in the margin of the minimum required specifications of base materials used for high volume unbound granular roads while others are lower than that the minimum requirement.
The study presented experimental and numerical investigation on the seismic performance of steel reinforced concrete (SRC) L-shaped column- reinforced concrete (RC) beam joints. Various parameters described as steel configuration form, axial compressive ratio, loading angle, and the existence of slab were examined through 4 planar joints and 7 spatial joints. The characteristics of the load-displacement response included the bearing capacity, ductility, story drift ratio, energy-dissipating capacity, and stiffness degradation were analyzed. The results showed that shear failure and flexural failure in the beam tip were observed for planar joints and spatial joint, respectively. And RC joint with slab failed with the plastic hinge in the slab and bottom of the beam. The results indicated that hysteretic curves of spatial joints with solid-web steel were plumper than those with hollow-web specimens. The capacity of planar joints was higher than that of space joints, while the opposite was true for energy-dissipation capacity and ductility. The high compression ratio contributed to the increase in capacity and initial stiffness of the joint. The elastic and elastic-plastic story deformation capacity of L-shaped column frame joints satisfied the code requirement. A design formula of joint shear resistance based on the superposition theory and equilibrium plasticity truss model was proposed for engineering application.
To study the eccentric compression behavior of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) columns, six UHPFRC columns and one high-strength concrete (HSC) column were tested. Variation parameters include load eccentricity, volume of steel fibers and stirrup ratio. The crack pattern, failure mode, bearing capacity, and deformation of the specimens were studied. The results showed that the UHPFRC columns had different failure modes. The large eccentric compression failure mode was the longitudinal tensile reinforcements yielded and many horizontal cracks appeared in the tension zone. The small eccentric compression failure mode was the longitudinal compressive reinforcements yielded and vertical cracks appeared in the compressive zone. Because of the bridging effect of steel fibers, the number of cracks significantly increased, and the width of cracks decreased. The load-deflection curves of the UHPFRC columns showed gradually descending without sudden dropping, indicating that the specimens had better deformation. The finite element (FE) analysis was performed to stimulate the damage process of the specimens with monotonic loading. The concrete damaged plasticity (CDP) model was adopted to characterize the behaviour of UHPFRC. The contribution of the UHPFRC tensile strength was considered in the bearing capacity, and the theoretical calculation formulas were derived. The theoretical calculation results were consistent with the test results. This research can provide the experimental and theoretical basis for UHPFRC columns in engineering applications.
Nguyen, Dinh Hung;Vu, Hong Nghiep;Nguyen, Thac Quang
Computers and Concrete
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제29권3호
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pp.161-168
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2022
Bridges using double-tee (DT) girders from 12 m to 15 m are one of the good choices to improve accessibility in rural areas of the Mekong River Delta. In this study, nonlinear finite element method (FEM) analysis was conducted with different constitutive laws of materials. The FEM analysis results were compared to experimental results to confirm the applicability of the constitutive laws of materials for DT girders. A parametric study through FEM analysis was then conducted to investigate the effect of span lengths, top flange depths, and a number of prestressing tendons on the capacity of DT girders in order that propose DT girders for rural bridges. Parametric results showed that the top flange depth of a DT girder for rural bridges could be 120 mm. The DT girder with a span length of 12 m or 13 m could be used 16 tendons, while the DT girder with a span length of 14 m or 15 m could be set up with 20 tendons. The prestressed concrete DT girders based on FEM results can be suggested for the construction of rural bridges.
This study focuses on the influence of strong ground motion duration on the response and collapse probability of reinforced concrete walls with a predominant response in flexure. Walls with different height and mass were used to account for a broad spectrum of configurations and fundamental periods. The walls were designed following the specifications of the Chilean design code. Non-linear models of the reinforced concrete walls using a distributed plasticity approach were performed in OpenSees and calibrated with experimental data. Special attention was put on modeling strength and stiffness degradation. The effect of duration was isolated using spectrally equivalent ground motions of long and short duration. In order to assess the behavior of the RC shear walls, incremental dynamic analyses (IDA) were performed, and fragility curves were obtained using cumulative and non-cumulative engineering demand parameters. The spectral acceleration at the fundamental period of the wall was used as the intensity measure (IM) for the IDAs. The results show that the long duration ground motion set decreases the average collapse capacity in walls of medium and long periods compared to the results using the short duration set. Also, it was found that a lower median intensity is required to achieve moderate damage states in the same medium and long period wall models. Finally, strength and stiffness degradation are important modelling parameters and if they are not included, the damage in reinforced concrete walls may be greatly underestimated.
The paper presents results of FE-calculations on shear localizations in quasi-brittle materials during both an uniaxial plane strain compression and uniaxial plane strain extension. An elasto-plastic model with a linear Drucker-Prager type criterion using isotropic hardening and softening and non-associated flow rule was used. A non-local extension was applied in a softening regime to capture realistically shear localization and to obtain a well-posed boundary value problem. A characteristic length was incorporated via a weighting function. Attention was focused on the effect of mesh size, mesh alignment, non-local parameter and imperfections on the thickness and inclination of shear localization. Different methods to calculate plastic strain rates were carefully discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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