Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.41
no.4
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pp.104-112
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1999
Tensile behavior in concrete has been neglected until recently. However, the effect of tensile stresses in concrete must be considered where the member primarily carries tensile forces or when ultimate strength is affected by the cracking history. In this paper, a series of experiments were performed with a reinforced rectangular beams of 15 specimens in order to investigate the effect of tension stiffening into the nonlinear analysis and cracking behavior. The experimental results were analyzed in terms of load-deflection curves and strain fracture energy with respect to the main experimental variables such as types of specimen, strength of concrete and steel ration. The results from experiments and finite element analysis were compared in terms of load-deflection relationship and cracking pattern. The results are as follows ; The tension stffening effects of reinforced concrete beams were observedc up to yielding of members after cracking showing strain energy difference of 35 % at the beam of 0.57% steel ratio compared with that of beam ignoring the tension stiffening effect. The tension stiffening of concrete strength 400kgf/$\textrm{cm}^2$ and 600kgf/$\textrm{cm}^2$ increased by 8% and 13%, respectively, compared with that of concrete strength 200kgf/$\textrm{cm}^2$. The tension stiffening effects were greater at a ductile member rather than a brittle one. The load-deflection results of finite element analysis showed very similar results from experiment. The crack growth and pattern might be predicted from the nonlinear finite element analysis considering concrete stiffening.
A new formulation based on lumped plasticity and inelastic hinges is presented in this paper for nonlinear analysis of Reinforced Concrete (RC) frame structures. Inelastic hinge behaviour is described using the principles of Continuum Damage Mechanics (CDM). Member formulation contains provisions to model stiffness degradation due to cracking of concrete and yielding of reinforcing steel. Depending on its nature, cracking is classified as concentrated or distributed. Concentrated cracking is accounted through a damage variable and its growth is defined based on strain energy principles. Presence of distributed flexural cracks in a member is taken care of by modelling it as non-prismatic. Plasticity theory supported by effective stress concept of CDM is applied to describe the post-yield response. Nonlinear quasi-static analysis is carried out on a RC column and a wide two-storey RC frame to verify the formulation. The column is subjected to constant axial load and monotonic lateral load while the frame is subjected to only lateral load. Computed results are compared with those due to experiments or other numerical methods to validate the performance of the formulation and also to highlight the contribution of distributed cracking on global response.
Yoo, Byung Soo;Seo, Woo Jin;Kim, Jo Soon;Park, Dae Wook
International Journal of Highway Engineering
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v.18
no.1
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pp.57-62
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2016
PURPOSES : Reflection cracking has been one of the major causes of distress when asphalt pavement is laid on top of concrete pavement. This study evaluated the reflection cracking resistance of asphalt mixtures reinforced with asphalt embedded glass fiber and carbon fiber using a Texas Transportation Institute (TTI) overlay tester. METHODS : Different asphalt mixtures such as polymer-modified mastic asphalt (PSMA) and a dense graded asphalt mixture were reinforced with asphalt-embedded carbon fiber and glass fiber. For comparison purposes, two PSMA asphalt mixtures and one dense graded asphalt mixture were evaluated without fiber reinforcement. Two different overlay test modes, the repeated overlay test (R-OT) and monotonic overlay test (M-OT), were used to evaluate the reflection cracking resistance of asphalt mixtures at $0^{\circ}C$. In the R-OT test, the number of repeated load when the specimen failed was obtained. In the M-OT test, the tensile strength at the peak load and tensile strain were obtained. RESULTS : As expected, the fiber-reinforced asphalt mixture showed a higher reflection cracking resistance than the conventional nonreinforced asphalt mixtures based on the R-OT test and M-OT test. The dense graded asphalt mixture showed the least reflection cracking resistance and less resistance than the PSMA. CONCLUSIONS : The TTI overlay tester could be used to differentiate the reflection cracking resistance values of asphalt mixtures. Based on the R-OT and M-OT results, the carbon-fiber-reinforced asphalt mixture showed the highest reflection cracking resistance among the nonreinforced asphalt mixtures and glass-fiber-reinforced asphalt mixture.
Maximum deflection in a beam is a serviceability design criterion and occurs generally at or close to the mid-span. This paper presents a methodology using neural networks for rapid prediction of mid-span deflections in reinforced concrete beams subjected to service load. The closed form expressions are further obtained from the trained neural networks. The closed form expressions take into account cracking in concrete at in-span and at near the interior supports and tension stiffening effect. The expressions predict the inelastic deflections (incorporating the concrete cracking) from the elastic moments and the elastic deflections (neglecting the concrete cracking). Five separate neural networks are trained since these have been postulated to represent all beams having any number of spans. The training, validating, and testing data sets for the neural networks are generated using an analytical-numerical procedure of analysis. The proposed expressions have been verified by comparison with the experimental results reported elsewhere and also by comparison with the finite element method (FEM). The proposed expressions, at minimal input data and minimal computation effort, yield results that are close to FEM results. The expressions can be used in every day design since the errors are found to be small.
A methodology using neural networks has been proposed for rapid prediction of inelastic bending moments in reinforced concrete continuous beams subjected to service load. The closed form expressions obtained from the trained neural networks take into account cracking in concrete at in-span and at near the internal supports and tension stiffening effect. The expressions predict the inelastic moments (considering the concrete cracking) from the elastic moments (neglecting the concrete cracking) at supports. Three separate neural networks are trained since these have been postulated to represent all the beams having any number of spans. The training, validating, and testing data sets for the neural networks are generated using an analytical-numerical procedure of analysis. The proposed expressions are verified for example beams of different number of spans and cross-section properties and the errors are found to be small. The proposed expressions, at minimal input data and computation effort, yield results that are close to FEM results. The expressions can be used in preliminary every day design as they enable a rapid prediction of inelastic moments and require a computational effort that is a fraction of that required for the available methods in literature.
A reliable and accurate method has been developed to predict the flexural deformation response of structural concrete members subject to service load. The method that has been developed relates the extent of concrete cracking, measured as a function of the magnitude of applied moment in a member, to the reduction in the effective moment of inertia of cracked reinforced concrete members under service load conditions. The ratio of the area of the moment diagram where the moment exceeds the cracking moment, to the total area of the moment diagram for any loading, provides the basis for the calculation of the effective moment of inertia. This ratio also represents mathematically a probability of crack occurrence. Verification of this method for the determination of the effective moment of inertia has been achieved from an experimental test program, and has included beam tests with different loading configurations, and shear wall tests subjected to a range of vertical and lateral load levels. Further verification of this method has been made with reference to the experimental investigation of other recently published work.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.365-375
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2017
An experimental evaluation of crack propagation and post-cracking behavior in steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams, using full-field displacements obtained from the digital image correlation technique is presented. Surface displacements and strains during the fracture test of notched SFRC beams with volume fractions ($V_f$) of steel fibers equal to 0.5 and 0.75% are analyzed. An analysis procedure for determining the crack opening width over the depth of the beam during crack propagation in the flexure test is presented. The crack opening width is established as a function of the crack tip opening displacement and the residual flexural strength of SFRC beams. The softening in the post-peak load response is associated with the rapid surface crack propagation for small increases in crack tip opening displacement. The load recovery in the flexural response of SFRC is associated with a hinge-type behavior in the beam. For the stress gradient produced by flexure, the hinge is established before load recovery is initiated. The resistance provided by the fibers to the opening of the hinge produces the load recovery in the flexural response.
Ultra high performance concrete (UHPC) can be used in the UHPC-steel composite structures especially for bridge structures to achieve high stiffness and high fatigue resistance with low self-weight. The structural performances of UHPC-steel composite slabs subjected to hogging moment have a significant influence on the global stiffness and durability of UHPC-steel composite structures. In order to study the structural behaviors of non-steam-cured UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment, five composite slabs combined the thin UHPC layers to steel plates via shear stud connecters with the diameter of 16mm were fabricated and tested under negative moment. The test program aimed to investigate the effect of stud spacing and longitudinal reinforcement ratios on the failure mode, load-deflection behaviors, cracking patterns, bond-slips, and carrying capacities of composite slabs subjected to negative moment. In addition, direct tensile tests for the dog-bone UHPC specimens with longitudinal reinforcement bars were carried out to study the effect of reinforcement bars on the tensile strength of UHPC in the thin structure members. Based on the experimental results, analytical models were also developed to predict the cracking load and ultimate load of UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment.
Crack growth rate and threshold stress intensity factor for stress corrosion cracking(SCC), $K_{ISCC}$ were measured for type 403 stainless steel in 3,5% NaCl solution at room temperature and SCC was monitored by electrochemical noise technique during $K_{ISCC}$ testing. In rising load test, pits were formed at the tip of pre-crack for the pre-cracked compact tension specimen unlike in smooth round specimen in which only unstable pits were observed and hence immune to SCC. Micro-cracks were found to initiate from the pits in the former specimen, and initiation of micro-crack as well as macro-crack was detected by electrochemical noise technique in rising load $K_{ISCC}$ tests. Crack growth rate increased with increasing either displacement rate or stress intensity factor at crack initiation and was higher in rising load $K_{ISCC}$ test compared to constant load $K_{ISCC}$ test at given stress intensities.
This study aims to improve serviceability of concrete by inducing chemical prestress with the application of expansive additives for concrete. For this purpose, material tests and 4 point-bending tests of RC slabs were performed to verify the effect of expansive additives on the concrete. and the critical aspects of the structural behavior were investigated. The results of the material tests show that the optimal proportion of expansive additives is 13% of total cement weigth and the properties of expansive concrete in that proportion are the same as those of plain concrete. Both the experimental cracking load and service load of the expansive concrete slabs are increased in comparison with those of the plain concrete. In addition to the above results, the deflection of expansive concrete is smaller than that of plain concrete, and permanent strains resulting from cyclic load are decreased. It can be concluded that the use of expansive additives to induce chemical prestress in RC slabs greatly improves the serviceability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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