An analytical-numerical procedure has been presented in this paper to take into account the nonlinear effects of concrete cracking and time-dependent effects of creep and shrinkage in the concrete portion of the continuous composite beams under service load. The procedure is analytical at the element level and numerical at the structural level. The cracked span length beam element consisting of uncracked zone in middle and cracked zones near the ends has been proposed to reduce the computational effort. The progressive nature of cracking of concrete has been taken into account by division of the time into a number of time intervals. Closed form expressions for stiffness matrix, load vector, crack lengths and mid-span deflection of the beam element have been presented in order to reduce the computational effort and bookkeeping. The procedure has been validated by comparison with the experimental and analytical results reported elsewhere and with FEM. The procedure can be readily extended for the analysis of composite building frames where saving in computational effort would be very considerable.
Arefian, Amir;Noorzad, Ali;Ghaemian, Mohsen;Hosseini, Abbas
Earthquakes and Structures
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v.10
no.3
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pp.717-733
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2016
Trapezoidal Cemented Sand and Gravel Dam, namely Trapezoid CSG, is a new type of dam. Due to lack of dynamic studies in the field of CSG dam, this research was performed to analyze Trapezoidal CSG dam using dynamic Finite element method with ABAQUS Software. To investigate possible earthquake-induced damages, fragility curves are plotted based on damage index, the length of the cracks created at the dam base and the area of cracked elements in the dam. The seismic analysis indicated that minimum and maximum tensions are generated in the heel and toe of the dam, respectively. According to the fragility curves, with increase in PGA, the possibility of the exceeding the defined limit state is increased. However, the rate of increment is significantly reduced after PGA=0.4 g. Also, the same result is achieved for the second limit state. The "area of cracked elements" is more conservative criterion than the "crack length at the dam base", especially at PGA<0.4 g. As conclusion, CSG dams, despite of being made of poor materials in comparison with concrete dams, show good resistance, and even in some situations, better performance than the weighted concrete dams.
Nguyen, Anh P.;Banh, Thanh T.;Lee, Dongkyu;Lee, Jaehong;Kang, Joowon;Shin, Soomi
Steel and Composite Structures
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v.29
no.5
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pp.635-645
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2018
Beam-column joints play a significant role in static and dynamic performances of reinforced concrete frame structures. This study contributes a numerical approach of topologically optimal design of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) to retrofit existing beam-column connections with crack patterns. In recent, CFRP is used commonly in the rehabilitation and strengthening of concrete members due to the remarkable properties, such as lightweight, anti-corrosion and simplicity to execute construction. With the target to provide an optimal CFRP configuration to effectively retrofit the beam-column connection under semi-failure situation such as given cracks, extended finite element method (X-FEM) is used by combining with multi-material topology optimization (MTO) as a mechanical description approach for strong discontinuity state to mechanically model cracked structures. The well founded mathematical formulation of topology optimization problem for cracked structures by using multiple materials is described in detail in this study. In addition, moved and regularized Heaviside functions (MRHF), that have the role of a filter in multiple materials case, is also considered. The numerical example results illustrated in two cases of beam-column joints with stationary cracks verify the validity, benefit and supremacy of the proposed method.
Kim, Tae-Hoon;Jin, Byeong-Moo;Kim, Young-Jin;Shin, Hyun-Mock
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.178-181
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2006
The purpose of this study is to investigate the inelastic behavior of precast segmental prestressed concrete bridge piers. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. An unbonded tendon element based on the finite element method, that can represent the interaction between tendon and concrete of prestressed concrete member, is used. A joint element is newly developed to predict the inelastic behaviors of segmental joints. The proposed numerical method for the inelastic behavior of precast segmental prestressed concrete bridge piers is verified by comparison with reliable experimental results.
This paper presents a nonlinear finite element analysis procedure for the seismic performance assessment of reinforced concrete bridge piers with unbonded reinforcing or prestressing bars. A computer program named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology) is used to analyze reinforced concrete structures; this program was also used in our study. Tensile, compressive and shear models of cracked concrete and models of reinforcing and prestressing steel were used account for material nonlinearity of reinforced concrete. The smeared crack approach was incorporated. To represent the interaction between unbonded reinforcing or prestressing bar and concrete, an unbonded reinforcing or prestressing bar element based on the finite element method was developed in this study. The proposed numerical method for the seismic performance assessment of reinforced concrete bridge piers with unbonded reinforcing or prestressing bars is verified by comparison of its results with reliable experimental results.
Yeo, Sang Rok;Cho, Eun Sang;Hwang, Won Sup;Jeong, Jae Woon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.69-78
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2008
In this study, in order to verify the reinforcement effects of the cracked concrete tubes and culverts, static load test was conducted. After the load carrying capacity of the original concrete tubes (nominal diameter 0.8 m, 1.0 m, 1.5 m) and box culverts (inner width 2.0 m. 2.5 m) was reduced by the cracking test, the cracked concrete specimens were strengthened by installing profile with steel stiffener and high strength mortar. And then, the maximum load tests were conducted the renewal concrete tubes and box culverts. According to the method application, the load carrying capacity increased 1.66~3.50 times than it of the original tubes before applying the method. In case of the original box culverts, the load carrying capacity increased 1.66~3.10 times than the case before installing profile and high strength mortar. Also non-linear analysis was carried out by using the commercial FEM program of ABAQUS 6.6. Solid (C3D8R) elements and concrete damage plasticity option was applied to the analysis. For reflecting confined reinforcing bars in the analysis, the composite material properties were used.
Steel reinforced concrete is perhaps the most versatile and widely used construction material. The versatility is attributed to mouldability of concrete to any conceivable shape. The inherent property of cracking of concrete is the reason for its low tensile strength and hence the design approach of RCC sections in flexure adopts the cracked section theory where in concrete in tension zone is ignored. Means, modes and methods of exploitation of concrete strength by conceiving shapes other than rectangular whereby ineffective concrete in tension zone is reduced and incorporated in compression zone where it is effective needs consideration. Shape optimization of beams is attempted in this analytical investigation employing Sequential Unconstrained Minimization Technique (SUMT). The results clearly show that trapezoidal beams happen to be less costlier than their rectangular counterparts, their usage needs serious reconsideration by the designers.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.490-493
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2006
The purpose of this study is to investigate the inelastic behavior of reinforced high-strength concrete bridge columns. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The smeared crack approach is incorporated. The increase of concrete strength due to the lateral confining reinforcement has been also taken into account to model the confined high-strength concrete. The proposed numerical method for the inelastic behavior of reinforced high-strength concrete bridge columns is verified by comparison with reliable experimental results.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.1
no.2
s.2
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pp.93-100
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2001
A stress-strain relationship for reinforced concrete membrane elements subjected to reversed cyclic loading is quite different to that of concrete cylinder subjected to uniaxial compression. The compressive strength of cracked concrete membrane elements is reduced by cracking due to tension in the perpendicular direction. Based on the three reinforced concrete panel tests, a softened stress-strain curve of concrete subjected to reversed cyclic loading is proposed. The proposed model consists of seven stages in the compressive zones and six stages in the tensile zones. The proposed model is verified by comparing to the test results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.463-466
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2005
The purpose of this study is to develop of unbonded tendon model considering time-dependent behavior. In this paper, a numerical model for unbanded tendon is proposed based on the finite element method, which can represent straight or curved unbonded tendon behavior. This model and time-dependent material model are used to investigate the time-dependent behaviors of unbonded prestressed concrete structures. A computer program, named RCAHEST(Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of concrete structures was used. The material nonlinearities are taken into account by comprising the tension, compression, and shear models of cracked concrete and models for reinforcements and tendons in the concrete. The smeared crack approach is incorporated. It accounts for the aging, creep and shrinkage of concrete and the stress relaxation of prestressing steel. The proposed unbonded tendon model and numerical method for time-dependent behavior of unbonded prestressed concrete structures is verified by comparison with reliable experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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