As concrete is most usable material in construction industry it's been required to improve its quality. Nowadays, nanotechnology offers the possibility of great advances in construction. For the first time, the nonlinear buckling of straight concrete columns armed with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) resting on foundation is investigated in the present study. The column is modelled with Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories. The characteristics of the equivalent composite being determined using mixture rule. The foundation around the column is simulated with spring and shear layer. Employing nonlinear strains-displacements, energy methods and Hamilton's principal, the governing equations are derived. Differential quadrature method (DQM) is used in order to obtain the buckling load of structure. The influences of volume percent of SWCNTs, geometrical parameters, elastic foundation and boundary conditions on the buckling of column are investigated. Numerical results indicate that reinforcing the concrete column with SWCNTs, the structure becomes stiffer and the buckling load increases with respect to concrete column armed with steel.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1992.04a
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pp.65-70
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1992
This study deals with the finite element analysis of the monotonic behavior of reinforced concrete beams and beam-column joint subassemblages. It is assumed that the behavior of these members can be discribed by a plane stress field. Concrete and reinforcing steel are represented by separate material models which are combined together with a model of the interaction between reinforcing bar and concrete through bond-slip to discribe the behavior of the composite reinforced concrete material. To discribe the concrete behavior, a nonlinear orthotropic model is adopted and the crack is discribed by a system of orthogonal cracks, which are rotating as the principal strain directions are changed. A smeared finite element model based on the fracture mechanics principles are used to overcome the numerical defect according to the finite element mesh size. Finally, correlation studies between analytical and experimental results and several parameter studies are conducted with the objective to estabilish the validity of the proposed model and identify the significance of various effects on the local and global response of reinforced concrete members.
A new model predicting the nonlinear basic creep behaviour of concrete structures subjected to high multi-axial stresses is proposed. It combines a model based on the thermodynamic framework of the elasto-plastic continuum damage theory for time-independent material behaviour and a rheological model describing phenomenologically the long-term delayed deformation. Strength increase due to ageing is regarded. The general 3D solution for the creep theory is derived from a rate-type form of the uniaxial formulation by the assumption of associated creep flow and a theorem of energy equivalence. The model is able to reproduce linear primary creep as well as secondary and tertiary creep stages under high compressive stresses. For concrete in tension a simple viscoelastic formulation is applied. The material law is then incorporated into a finite element solution procedure for analysis of reinforced concrete structures. Numerical examples of uniaxial creep tests and concrete members show excellent agreement with experimental results.
Cheon Ju Hyun;Kim Tae Hoon;Lee Sang Cheol;Shin Hyun Mock
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.147-150
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2005
This paper presents a method for the load capacity assesment of reinforcement concrete deep beams using nonlinear finite element analysis. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. From the results, determine the reliability index for the failure base from the Euro Code. Then, calculated additional reduction coefficient to satisfy the goals from the reliability analysis. The proposed numerical method for the load capacity assesment of reinforced concrete deep beams is verified by comparison with the others methods
A numerical procedure for the geometrical and material nonlinear analysis of concrete beams prestressed with external tendons is described, where the effects of external prestressing are treated as the equivalent loads applied on the concrete beams. The geometrical nonlinearity is considered not only the eccentricity variations of external tendons (second-order effects) but also the large displacement effects of the structure. The numerical method can predict the nonlinear response of externally prestressed concrete beams throughout the entire loading history with considerable accuracy. An evaluation of second-order effects of externally prestressed concrete beams is carried out using the proposed analysis. The analysis shows that the second-order effects have significant influence on the response characteristics of externally prestressed concrete beams. They lead to inferior ultimate load and strength capacities and a lower ultimate stress increase in tendons. Based on the current analysis, it is recommended that, for simply-supported externally prestressed beams with straight horizontal tendons, one deviator at midspan instead of two deviators at one-third span be furnished to minimize these effects.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.385-388
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2006
The purpose of this study is to offer an appropriate method of the degree of the flexural moment redistribution for continuous reinforced concrete beams. Twenty-four two-span continuous beams were selected to determine the manner and degree of moment redistribution. The concept of ductility is linked to the moment redistribution capacity and, consequently, the safety of the structure. Knowledge of the plastic rotation capacity of plastic regions of the structure is important for a plastic analysis or a linear analysis with moment redistribution. A nonlinear finite element analysis program named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology) was used to evaluate the ultimate strength and degree of moment redistribution. The nonlinear material model for the reinforced concrete is composed of models for characterizing the behavior of the concrete, in addition to a model for characterizing the reinforcing bars.
In this paper, the energy-based plastic-damage model previously proposed by the authors [International Journal of Solids and Structures, 43(3-4): 583-612] is first simplified with an empirically defined evolution law for the irreversible strains, and then it is extended to its rate-dependent version to account for the strain rate effect. Regarding the energy dissipation by the motion of the structure under dynamic loadings, within the framework of continuum damage mechanics a new damping model is proposed and incorporated into the developed rate-dependent plastic-damage mode, leading to a unified constitutive model which is capable of directly considering the damping on the material scale. Pertinent computational aspects concerning the numerical implementation and the algorithmic consistent modulus for the unified model are also discussed in details, through which the dynamic nonlinear analysis of damping structures can be coped with by the same procedures as those without damping. The proposed unified plastic-damage model is verfied by the simulations of concrete specimens under different quasistatic and high rate straining loading conditions, and is then applied to the Koyna dam under earthquake motions. The numerical predictions agree fairly well with the results obtained from experimental tests and/or reported by other investigators, demonstrating its capability for reproducing most of the typical nonlinear performances of concrete under quasi-static and dynamic loading conditions.
The present study aims to determine the structural response of full scaled rectangular columns under both of vertical and lateral loads using numerical methods. In the study, the composite columns considering full concrete filled circular steel tube (FCFRST) and concrete filled double-skin rectangular steel tube (CFDSRST) section types are numerically modelled using ANSYS software. Vertical and lateral loads are applied to models to assess the structural response of the composite elements. Also similar investigations are done for reinforced concrete rectangular (RCR) columns to compare the results with those of composite elements. The analyses of the systems are statically performed for both linear and nonlinear materials. In linear static analyses, both of vertical and lateral loads are applied to models as only one step. However in nonlinear analyses, while vertical loads are applied to model as only one step, lateral loads are applied to systems as step by step. The displacement and stress changes in some critical nodes and sections and contour diagrams are reported by graphs and figures. At the end of the study, it is demonstrated that the nonlinear models reveal more accurate result then those of linear models. Also, it is highlighted that composite columns provide more and more safety, ductility compared to reinforced concrete column.
To evaluate the behavior of the advanced unbonded pre-stressed concrete containment vessel (UPCCV) for one typical China nuclear power plant under Japan's March 11 earthquake, five nonlinear time history analysis and a nonlinear static analysis of a 1:10 scale UPCCV structure have been carried out with MSC.MARC finite element program. Comparisons between the analytical and experimental results demonstrated that the developed finite element model can predict the earthquake behavior of the UPCCV with fair accuracy. The responses of the 1:10 scale UPCCV subjected to the 11 March 2011 Japan earthquakes recorded at the MYG003 station with the peak ground acceleration (PGA) of 781 gal and at the MYG013 station with the PGA of 982 gal were predicted by the dynamic analysis. Finally, a static analysis was performed to seek the ultimate load carrying capacity for the 1:10 scale UPCCV.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.85-98
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1993
A method of analysis for the material and geometric nonlinear analysis of planar prestressed concrete cable-stayed bridges including the time-dependent effects due to load history, creep, shrinkage, aging of concrete and relaxation of prestress is described. The analysis procedure, based on the finite element method, is capable of predicting the response of these structures through elastic, cracking, inelastic and ultimate ranges. The nonlinear formulation for the description of motion is based on the updated Lagrangian approach. To account for the material nonlinearity, nonlinear stress-strain relationship and cracking of concrete, nonlinear stress-strain relationships of reinforcing steel, prestressing steel, and cable, including load reversal are given. Results from a numerical examples on ultimate analyses of cable-stayed bridges are presented to illustrate the analysis method.
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