The crack widths of reinforced concrete flexural members are influenced by repetitive fatigue loadings. The bond stress-slip relation is necessary to estimate these crack widths realistically. The purpose of the present study is, therefore, to propose a realistic model for bond stress-slip relation under repeated loading. To this end, several series of tests were conducted to explore the bond-slip behavior under repeated loadings. Three different bond stress levels with various number of load cycles were considered in the tests. The present tests indicate that the bond strength and the slip at peak bond stress are not influenced much by repeated loading if bond failure does not occur. However, the values of loaded slip and residual slip increase with the increase of load cycles. The bond stress after repeated loading approaches the ultimate bond stress under monotonic loading and the increase of bond stress after repeated loading becomes sharper as the number of repeated loads increases. The bond stress-slip relation after repeated loading was derived as a function of residual slip, bond stress level, and the number of load cycles. The models for slip and residual slip were also derived from the present test data. The number of cycles to bond slip failure was derived on the basis of safe fatigue criterion, i.e. maximum slip criterion at ultimate bond stress.
The purpose of this experimental study is to investigate the damage mechanism due to shear-fatigue behavior of high-strength reinforced concrete beams under repeated loading. The relationship between the number of cycles and the deflection or strain, the crack growths and modes of failure with the increase of number of cycles, fatigue strength, and S-N curve were observed through a fatigue test. Based on the fatigue test results, high-strength reinforced concrete beams failed at 57-66 percent of static ultimate strength for 2 million cycles. The fatigue strength at 2 million cycles from S-N curves was shown as about 60 percent of static ultimate strength. Compared to normal-strength reinforced concrete beams, fatigue capacity of high-strength reinforced concrete beams was similar to or lower than fatigue capacity of normal-strength reinforced concrete beams. Fatigue capacity of normal-strength reinforced concrete beams improved by over 60 percent.
The objective of this paper is to experimentally study the consolidation of saturated silty clay subjected to repeated heating-cooling cycles using a modified temperature-controlled triaxial apparatus. Focus is placed on the influence of the water content, confining pressure, and magnitudes and number of thermal loading cycles. The experimental results show that the thermally induced pore pressure increases with increasing water content and magnitude of thermal loading in undrained conditions. After isothermal consolidation at an elevated temperature, the pore pressure continues to decrease and gradually falls below zero during undrained cooling, and the maximum negative pore pressure increases as the water content decreases or the magnitude of thermal loading increases. During isothermal consolidation at ambient temperature after one heating-cooling cycle, the pore pressure begins to rise due to water absorption and finally stabilizes at approximately zero. As the number of thermal loading cycles increases, the thermally induced pore pressure shows a degrading trend, which seems to be more apparent under a higher confining pressure. Overall, the specimens tested show an obvious volume reduction at the completion of a series of heating-cooling cycles, indicating a notable irreversible thermal consolidation deformation.
Zhang, Benjiao;Mei, Can;Huang, Bin;Fu, Xudong;Luo, Gang;Lv, Bu
Geomechanics and Engineering
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제12권4호
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pp.611-626
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2017
The research reported herein is concerned with the model testing of piles socketed in soft rock which was simulated by cement, plaster, sand, water and concrete hardening accelerator. Model tests on a single pile socketed in simulated soft rock under axial cyclic loading were conducted and the bearing capacity and accumulated deformation characteristics under different static, and cyclic loads were studied by using a device which combined oneself-designed test apparatus with a dynamic triaxial system. The accumulated deformation of the pile head, and the axial force, were measured by LVDT and strain gauges, respectively. Test results show that the static load ratio (SLR), cyclic load ratio (CLR), and the number of cycles affect the accumulated deformation, cyclic secant modulus of pile head, and ultimate bearing capacity. The accumulated deformation increases with increasing numbers of cycles, however, its rate of growth decreases and is asymptotic to zero. The cyclic secant modulus of pile head increases and then decreases with the growth in the number of cycles, and finally remains stable after 50 cycles. The ultimate bearing capacity of the pile is increased by about 30% because of the cyclic loading thereon, and the axial force is changed due to the applied cyclic shear stress. According to the test results, the development of accumulated settlement is analysed. Finally, an empirical formula for accumulated settlement, considering the effects of the number of cycles, the static load ratio, the cyclic load ratio and the uniaxial compressive strength, is proposed which can be used for feasibility studies or preliminary design of pile foundations on soft rock subjected to cyclic loading.
In this thesis, the fatigue tests were performed on a series of reinforced concrete to Investigate the variation of strength and the safety of reinforced concrete structures under fatigue load. The specimens were of the same rectangular cross-section, of effective height 24cm and width 30cm and their span was 330cm. The three point loading system is used in the fatigue tests. In these tests, the fracture mode of reinforced concrete structures under fatigue load, relationship between the repeated loading cycles and the mid-span displacement of the specimens were observed. According to the test results, the following fatigue behavior of reinforced concrete specimens were observed. By increasing of the number of repeated loading cycles, the mid-span displacement became greater, however the Incremental amounts of the displacement were reduced. It could be also known that the inelastic strain energy of the doubly reinforced rectangular beams was larger than that of the singly reinforced rectangular beams as increasing the number of repeated loading cycles. Compliance of reinforced concrete structures tended to be reduced as increasing the repeated loading cycles, and the compliance of the doubly reinforced rectangular beams was generally smaller than that of the singly reinforced rectangular beams. Based on the above investigation, it could be concluded that the doubly reinforced rectangular beams under fatigue load were more efficient to resist the brittle fracture than the singly reinforced rectangular beams.
Murthy, A. Ramachandra;Gandhi, P.;Pukazhendhi, D.M.;Samuel, F. Giftson;Vishnuvardhan, S.
Structural Engineering and Mechanics
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제84권3호
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pp.361-373
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2022
This paper examines the flexural performance of concrete beams reinforced with glass fibre-reinforced polymer (GFRP) bars under fatigue loading. Experiments were carried out on concrete beams of size 1500×200×100 mm reinforced with 10 mm and 13 mm diameter GFRP bars under fatigue loading. Experimental investigations revealed that fatigue loading affects both strength and serviceability properties of GFRP reinforced concrete. Experimental results indicated that (i) the concrete beams experienced increase in deflection with increase in number of cycles and failed suddenly due to snapping of rebars and (ii) the fatigue life of concrete beams drastically decreased with increase in stress level. Analytical model presented a procedure for predicting the deflection of concrete beams reinforced with GFRP bars under cyclic loading. Deflection of concrete beams was computed by considering the aspects such as stiffness degradation, force equilibrium equations and effective moment of inertia. Nonlinear finite element (FE) analysis was performed on concrete beams reinforced with GFRP bars. Appropriate constitutive relationships for concrete and GFRP bars were considered in the numerical modelling. Concrete non linearity has been accounted through concrete damage plasticity model available in ABAQUS. Deflection versus number of cycles obtained experimentally for various beams was compared with the analytical and numerical predictions. It was observed that the predicted values are comparable (less than 20% difference) with the corresponding experimental observations.
Loading protocols have been developed for quasi-static cyclic testing of structures and components. However, it is uncertain if protocols developed for conditions of intense ground shaking in regions of high seismicity would also be applicable to regions of low-moderate seismicity that are remote from the tectonic plate boundaries. This study presents a methodology for developing a quasi-static cyclic displacement loading protocol for experimental bracing evaluation of cold-formed steel stud shear walls. Simulations presented in the paper were based on conditions of moderate ground shaking (in Australia). The methodologies presented are generic in nature and can be applied to other regions of similar seismicity conditions (which include many parts of China, Korea, India and Malaysia). Numerous response time histories including both linear and nonlinear analyses have been generated for selected earthquake scenarios and site classes. Rain-flow cycle counting method has been used for determining the number of cycles at various ranges of normalized displacement amplitude. It is found that the number of displacement cycles of the loading protocol increases with increasing intensity of ground shaking (associated with a longer return period).
Not all loads contribute to fatigue crack propagation in the welded detail of steel bridges when they are subjected to variable amplitude loading. For fatigue assessment, therefore, non-contributing stress cycles should be truncated. However, stress range truncation is not considered during typical fatigue reliability assessment. When applying the first order reliability method, stress range truncation occurs mismatch between the expected number of cycles to failure and the number of cycles obtained at the time of evaluation, because the expected number of cycles only counts the stress cycles that contribute to fatigue crack growth. Herein, we introduce a calibration factor to coordinate the expected number of cycles to failure to the equivalent value which includes both contributing and non-contributing stress cycles. The effectiveness of stress range truncation and the proposed calibration factor was validated via case studies.
Fourteen model pile load tests using a calibration chamber and instrumented model pile were preformed to investigate the variation of the behaviors of driven piles in sands with soil and lateral cyclic loading conditions. Results of the model tests showed that the first loading cycle generated more than 70% of the pile head rotation developed for 50 lateral loading cycles. Lateral cyclic loading also made an increase of the ultimate lateral load capacity of piles for $K_0$=0.4 and an decrease for $K_0$ higher than 0.4. Higher portion of the increase or decrease in the ultimate lateral load capacity by lateral cyclic loading was generated for the first loading cycle due to densification of loosening of the soil around the pile by lateral cyclic loading. It was also observed that a two-way cyclic loading caused higher ultimate lateral load capacity of driven piles than a one-way cyclic loading. When the pile was in the ultimate state, the maximum bending moment developed in the pile increased with increasing $K_0$ value of soil and was insensitive to the magnitude and number of lateral cyclic loading.
점성토의 변형특성을 연구하기 위하여 공진주(RC)시험과 비틀전단(75)시험을 저변형률 및 중간 변형률하에서 실시하여 변형률의 크기,진동주파수,하중반복회수의 영향을 살펴보았다. 소 성지수가 이들의 영향을 평가하는데 중요한 변수임을 알 수 있었다. 실험에 사용된 시료로는 불 교란 실트 및 점토와 실험실에서 다져진 노상토를 사용하였다. 선형한계변형률이하에서 전단탄 성계수는 하중반복회수와 변형률의 크기에 영향을 받지 않았으며, RC시험에서 얻은 최소감소비가 1.1%에서 1.7%영역에서 존재하였다. 점성토의 선형한계변형률은 구속압과 소성지수에 따라 증가하였으며 사질토와 비교하여 넘은 선형영역을 보였다. 반복한계변형률이상의 변형률하에서는 전단탄성계수는 하중반복회수에 따라 감소하였지만 감쇠비는 영향을 받지 않았다. 진동주파수의 영향에 의해 RC시험에서 얻은 점성토의 전단탄성계수와 감쇠비는 RC시험결과보다 컸다. 전단탄성계수는 진동주파수의 대수증가에 따라 선형적으로 증가하였고 감쇠비의 경우 2Hz이하의 저주파수영역에서는 영향을 받지 않았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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