International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.1E
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pp.11-16
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2006
The use of the current ACI 318 stress block parameters has been reported to provide unconservative estimations of the moment capacities for high-strength concrete columns. Accordingly, several concrete stress block parameters have been recently proposed. This paper discusses various concrete stress block parameters for high-strength concrete and their influences on the code provisions. In order to adopt the proposed stress block parameters to the design code, it is necessary to understand the impact of the change of the stress block parameters on various aspects of the code provisions. For this purpose, the influence of using of different stress block parameters on the location of the neutral axis and the tensile strain in extreme tension steel as well as the axial and moment capacities are investigated. In addition, the influence on the prestressed concrete members is also elucididated.
In this study, obtaining theoretical stress-strain curves and determining the parameters defining the equivalent rectangular stress block were aimed for 3 and 4-layered rectangular Reinforced Concrete (RC) cross-sections subjected to flexure. For these aims, the analytical stress-strain model proposed by Hognestad was chosen for the concrete grades (20 MPa≤fck≤60 MPa) used in this study. The tensile strength of the concrete was neglected and the thickness of the concrete layers in the compression zone of the concrete cross-section was taken as equal. In addition, while concrete strength was kept constant within each layer, concrete strengths belonging to separate layers were increased from the neutral axis towards the outer face of the compression zone of the concrete cross-section. After the equivalent rectangular stress block parameters were determined by numerical iterations, variations of these parameters depending on concrete strength in layers and layer numbers were obtained. Finally, some analytical equations have been proposed to predict the equivalent stress block parameters for the 3 and 4-layered RC cross-sections and validities of these proposed equations were shown by different metrics in this study.
The conventional ACI rectangular stress block is developed on the basis of normal-strength concrete column tests and it is still being used for the design of high-strength concrete members. Many research papers found in the literature indicate that the nominal strength of high-strength concrete members appears to be over-predicted by the ACI rectangular stress block. This is especially true for HSC columns. The general shape of the stress-strain curve of high-strength concrete becomes more likely as a triangle. A triangular stress block is, therefore, introduced in this paper. The proposed stress block is verified using a database which consists of 52 tested singly reinforced high-strength concrete beams having concrete strength above 55 MPa (8,000 psi). In addition, the proposed model is compared with models of various design codes and proposals of researchers found in the literature. The nominal flexural strengths computed using the proposed stress block are in a good agreement with the tested data as well as with that obtained from design codes models and proposals of researchers.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.993-996
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2008
Compression stress block used to concrete structure design substitutes equivalent triangle, rectangle, trapezoid and parabola-rectangle stress block for actual concrete stress distribution. Its shape is different in design code of the major advanced countries. It reflects the material feature of each of country. Presently, compression stress block of korea concrete design code is equal to it of ACI code that doesn't reflect the material feature of the high strength concrete. So, many research conclusions showed that it is not reasonable. The study compares concrete stress blocks of the major advanced countries and does an experiment on concrete compression stress block to know the material feature of the concrete in korea. It obtains the operating load and the concrete strain in experiment and draw stress block parameters. It compares stress block parameters applied to design code with those by the experiment conclusion. In addition, It compares and analyses nominal axial force-moment diagram by the stress block of the major advanced countries.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1996.04a
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pp.300-305
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1996
Reinforced concrete column is an effective structural element to take advantage of high strength concrete. This paper presents an experimental and analytical strength of high strength concrete rectangular tied column sections under eccentric loading. The test variables are concrete strength, steel ratios, slenderness and eccentricity. The analytical results of the ACI's rectangular stress block, Zia's modified rectangular stress block, and a trapezoid block are compared with experimentally obtained data. It may be concluded that the trapezoid stress block provided the most reasonable column section capacities for high strength concrete columns.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.909-914
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2001
It is important to consider an effect of concrete member sizes when estimating the ACI rectangular stress block of a reinforced concrete flexural member. However, the experimental data and analytical analyses are still not available for a proper evaluation. For all types of loading conditions, the trend is that the size of an ACI rectangular stress block tends to change when the member sizes change. In this paper, the size variations of strength coefficients for ACI rectangular stress block and actual stress distribution have been studied. Results of a series of C-shaped specimens subjected to axial compressive load and bending moment were adopted from references 1 and 2. The analysis results show that the effect of specimen sizes on strength coefficients for ACI rectangular stress block and actual stress distribution of concrete member was apparent. Thus, the results suggest that the current strength criteria based design practice should be reviewed.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.50
no.5
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pp.29-37
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2008
Stress-strain relation and stress block parameters of polymer concrete flexural compression members were experimentally investigated. For these purposes, a series of C-shaped polymer concrete specimens subjected to axial compressive load was tested. Based on the test results, we proposed an equation by which the stress-strain relation of polymer concrete can be predicted. In this model, we took account the slope of descending branch beyond the peak stress point of single curve. The proposed equation was numerically integrated to compute the rectangular stress block parameters. Computed ${\beta}_1$ was greater than the values prescribed in ACI 318 Code for cement concrete, and $\gamma$ was about 0.85 that is similar to the value regulated in the ACI.
The ACI building code is allowing for higher strength reinforcement and concrete compressive strengths. The nominal strength of high-strength concrete columns is over predicted by the current ACI 318 rectangular stress block and is increasingly unconservative as higher strength materials are used. Calibration of a rectangular stress block to address this condition leads to increased computational complexity. A triangular stress block, derived from the general shape of the stress-strain curve for high-strength concrete, provides a superior solution. The nominal flexural and axial strengths of 150 high-strength concrete columns tests are calculated using the proposed stress distribution and compared with the predicted strength using various design codes and proposals of other researchers. The proposed triangular stress model provides similar level of accuracy and conservativeness and is easily incorporated into current codes.
In flexural strength design of normal-strength concrete (NSC) beams, it is commonly accepted that the distribution of concrete stress within the compression zone can be reasonably represented by an equivalent rectangular stress block. The stress block it governed by two parameters, which are normally denoted by ${\alpha}$ and ${\beta}$ to stipulate the width and depth of the stress block. Currently in most of the reinforced concrete (RC) design codes, ${\alpha}$ and ${\beta}$ are usually taken as 0.85 and 0.80 respectively for NSC. Nonetheless, in an experimental study conducted earlier by the authors on NSC columns, it was found that ${\alpha}$ increases significantly with strain gradient, which means that larger concrete stress can be developed in flexure. Consequently, less tension steel will be required for a given design flexural strength, which improves the ductility performance. In this study, the authors' previously proposed strain-gradient-dependent concrete stress block will be adopted to produce a series of design charts showing the maximum design limits of flexural strength and ductility of singly-and doubly-NSC beams. Through the design charts, it can be verified that the consideration of strain gradient effect can improve significantly the flexural strength and ductility design limits of NSC beams.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.1023-1028
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2001
This study was conducted to develop a procedural method to produce a high strength polymer concrete using polyester resin to experimentally examine the stress block properties of the high strength polymer concrete. C-shaped specimens were Produced and test to compute parameter of the stress block. They were $k_{1}$ : 0.73 and $\gamma$ : 0.845, respectively. $k_{1}$ is the ratio of the depth of the maximum compressive strength of the beam
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