This paper describes a proposal for average crack width and immediate deflection calculation in structural concrete members. The model is mathematically derived from actual bond stressslip relationships and tension stiffening effect between reinforcement and the surrounding concrete, and the actual strains of steel and concrete are integrated respectively along the embedded length between the adjacent cracks so as to obtain the difference in the axial elongation. With these, a model for average crack width and immediate deflection in reinforced concrete flexural members are proposed utilizing difference in the axial elongation and average steel strain and moment-curvature relationship with taking account of bond characteristics. The model is applied to the test specimens available in literatures, and the crack width and deflections predicted by the proposal equation in this study are closed to the experimentally measured data compared the current code provisions.
Based on the orthotropic hypoelasticity formulation, a constitutive material model of concrete taking account of triaxial stress state is presented. In this model, the ultimate strength surface of concrete in triaxial stress space is described by the Hsieh's four-parameter surface. On the other hand, the different ultimate strength surface of concrete in strain space is proposed in order to account for increasing ductility in high confinement pressure. Compressive ascending and descending behavior of concrete is considered. Concrete cracking behavior is considered as a smeared crack model, and after cracking, the tensile strain-softening behavior and the shear mechanism of cracked concrete are considered. The proposed constitutive model of concrete is compared with some results obtained from tests under the states of uniaxial, biaxial, and triaxial stresses. In triaxial compressive tests, the peak compressive stress from the predicted results agrees well with the experimental results, and ductility response under high confining pressure matches well the experimental result. The reinforcing bars embedded in concrete are considered as an isoparametric line element which could be easily incorporated into the isoparametric solid element of concrete, and the average stress - average strain relationship of the bar embedded in concrete is considered. From numerical examples for a reinforced concrete simple beam and a structural beam type member, the stress state of concrete in the vicinity of talc critical region is investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.1
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pp.34-42
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1986
An interface of a circular arc formed by two isotropic, homogeneous elastic materials is investigated. It is shown that L integral satisfies the conservation law for the interface if it is perfectly bonded, in frictionless contact or separated such as in a crack with the origin of the coordinate system being located at the center of the circular arc. The property of path independence of the L integral is applied to an interfacial crack problem, to obtain the stress intensity factors, where the interfacial crack is located along the arc of the circular inclusion embedded in infinite matrix. It is assumed here that the contact zone exist as in the model proposed by Comninou, thus removing the overlapping of the materials along the interface. Another example is shown for case of a circular interfacial crack in the matrix of finite size, where the stress intensity factors are determined by computing a value of the L integral numerically along the path far from the crack tip.
Cracks in asphalt pavement occur due to changes in weather or impact from vehicles, and if cracks are left unattended, the life of the pavement may be shortened, and various accidents may occur. Therefore, studies have been conducted to detect cracks through images in order to quickly detect cracks in the asphalt pavement automatically and perform maintenance activity. Recent studies adopt machine-learning models for detecting cracks in asphalt road pavement using a Convolutional Neural Network. However, their practical use is limited because they require high-performance computing power. Therefore, this paper proposes a framework for detecting cracks in asphalt road pavement by applying a small deep learning model applicable to mobile devices. The small deep learning model proposed through the case study was compared with general deep learning models, and although it was a model with relatively few parameters, it showed similar performance to general deep learning models. The developed model is expected to be embedded and used in mobile devices or IoT for crack detection in asphalt pavement.
The new energy-based criterion, named Reinforcement Strain Energy Density (ReiSED), is proposed to investigate the fracture behavior of the cracked orthotropic materials in which the crack is embedded in the matrix along the fibers. ReiSED is an extension of the well-known minimum strain energy density criterion. The concept of the reinforced isotropic solid as an advantageous model is the basis of the proposed mixed-mode I/II criterion. This model introduces fibers as reinforcements of the isotropic matrix in orthotropic materials. The effects of fibers are qualified by defining reinforcement coefficients at tension and shear modes. These coefficients, called Reduced Stress (ReSt), provide the possibility of encompassing the fiber fraction in a fracture criterion for the first time. Comparing ReiSED fracture limit curve with experimental data proves the high efficiency of this criterion to predict the fracture behavior of orthotropic materials.
In general, cracks significantly deteriorate the in-situ performance of concrete members and structures, especially in urban metro tunnels that have been embedded in saturated soft soils. The microcapsule self-healing method is a newly developed healing method for repairing cracked concrete. To investigate the optimal microcapsule parameters that will have the best healing effect in concrete, a 3D analytical probability healing model is proposed; it is based on the microcapsule self-healing method's healing mechanism, and its purpose is to predict the healing efficiency and healing probability of given cracks. The proposed model comprehensively considers the radius and the volume fraction of microcapsules, the expected healing efficiency, the parameters of cracks, the broken ratio and the healing probability. Furthermore, a simplified probability healing model is proposed to facilitate the calculation. Then, a Monte Carlo test is conducted to verify the proposed 3D analytical probability healing model. Finally, the influences of microcapsules' parameters on the healing efficiency and the healing probability of the microcapsule self-healing method are examined in light of the proposed probability model.
In order to study the dynamic failure mechanism and aseismic measure for high concrete gravity dam under earthquake, the comparative models experiment on the shaking table was conducted to investigate the dynamic damage response of concrete gravity dam with and without the presence of reinforcement and evaluate the effectiveness of the strengthening measure. A new model concrete was proposed and applied for maintaining similitude with the prototype. A kind of extra fine wires as a substitute for rebar was embedded in four-points bending specimens of the model concrete to make of reinforced model concrete. The simulation of reinforcement concrete of the weak zones of high dam by the reinforced model concrete meets the similitude requirements. A tank filled with water is mounted at the upstream of the dam models to simulate the reservoir. The Peak Ground Acceleration (PGA) that induces the first tensile crack at the head of dam is applied as the basic index for estimating the overload capacity of high concrete dams. For the two model dams with and without strengthening tested, vulnerable parts of them are the necks near the crests. The results also indicate that the reinforcement is beneficial for improving the seismic-resistant capacity of the gravity dam.
Kim, Jang-Ho;Li, Jing;Tran, Tuan Kiet;Hong, Jong-Suk;Kim, Yun-Ho;Lee, Gyeong-Min
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.365-368
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2006
RBSN Method, Rigid-Body-Spring Network Method, is a structural analysis method that overcomes the problems faced in FEM analysis of concrete or crack forming structures. In RBSN, irregular lattices are used to model structural components consisting of bulk material, curvilinear reinforcements, and their interfaces. Because reinforcements and their interfaces in the bulk material are freely positioned, meshing is irrespective of the geometry of the representing bulk material. In this paper, RBSN method of 3D is applied in simulating the pull-out test of FRP (Fiber Reinforced Polymer) embedded in concrete. The comparison of analysis results to experimental results shows that RBSN method simulates the shear-slip behavior very precisely. From the analysis results, 3D RBSN method is proven to be an effective and accurate analysis method for concrete structural analysis. Also, the results show that RBSN method can be a potential analysis method for concrete structures that can replace the current FEM analysis.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.265-270
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2002
In this paper, structural behaviors of anchor systems subjected to shear loads are analyzed by using fracture analysis and experiments. Two dimensional finite element analyses of concrete anchor systems to predict breakout failure of concrete through progressive fracture are carried out by utilizing the so-called embedded crack model. Three dimensional finite element analyses are also carried out to investigate the fracture behavior of anchor systems having different effective lengths, edge distances, spacings between anchors, and direction of loads. Results of analyses are compared with both experimental results and design values of ACI code on anchor, and then applicability of finite element method for predicting fracture behavior of concrete anchor systems is verified.
The paper is devoted to present the Continuum Strong Discontinuity Approach (CSDA) and to examine its capabilities for modeling cracking of concrete. After introducing the main ingredients of the CSDA, an isotropic continuum damage model, which distinguishes tension and compression states, is used to implicitly induce a projected traction separation-law that rules the cracking phenomena. Criteria for onset and propagation of material failure and specific finite elements with embedded discontinuities are also briefly sketched. Finally, some representative numerical simulations of cracking, in plain and reinforced concrete specimens, using the CSDA are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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