During their life span, post-tensioned concrete structures may be exposed to thermal loads. Therefore, there has been a growing interest in research on the advanced analysis and design of post-tensioned concrete slabs subjected to thermal loads. This paper investigates the structural behaviour of post-tensioned one-way spanning concrete slabs. A nonlinear finite element model for the analysis of post- tensioned unbonded and bonded concrete slabs at elevated temperatures was developed. The interface between the tendon and surrounding concrete was also modelled, allowing the tendon to retain its profile shape during the deformation of the slab. The load-deflection behaviour, load-force behaviour in the tendon, and the failure modes are presented. The numerical analysis was conducted by the finite element ANSYS software and was carried out on two different one-way concrete slabs chosen from literature. A parametric study was conducted to investigate the effect of several selected parameters on the overall behavior of post-tensioned one-way concrete slab. These parameters include the effect of tendon bonding, the effect of thermal loading and the effect of tendon profile. Comparison between uniform thermal loading and nonuniform thermal loading showed that restrained post tensioned slab with bottom surface hotter has smaller failure load capacity.
Kim, Uksun;Huang, Yu;Chakrabarti, Pinaki R.;Kang, Thomas H.K.
Computers and Concrete
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v.13
no.5
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pp.587-601
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2014
A sophisticated finite element modeling approach is proposed to simulate unbonded post-tensioned concrete slabs. Particularly, finite element contact formulation was employed to simulate the sliding behavior of unbonded tendons. The contact formulation along with other discretizing schemes was selected to assemble the post-tensioned concrete system. Three previously tested unbonded post-tensioned two-way and one-way slabs with different reinforcement configurations and boundary conditions were modeled. Numerical results were compared against experimental data in terms of global pressure-deflection relationship, stiffness degradation, cracking pattern, and stress variation in unbonded tendons. All comparisons indicate a very good agreement between the simulations and experiments. The exercise of model validation showcased the robustness and reliability of the proposed modeling approach applied to numerical simulation of post-tensioned concrete slabs.
Choi, Seung-Ho;Heo, Inwook;Kim, Jae Hyun;Jeong, Hoseong;Lee, Jae-Yeon;Kim, Kang Su
Computers and Concrete
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v.30
no.1
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pp.75-83
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2022
This study introduced a post-tensioned precast concrete system that was developed and designed to improve the performance of joints by post-tensioning. Full-scaled specimens were tested to investigate flexural performances at the negative moment region, where the test variables were the presence of slabs, tendon types, and post-tensioned lengths. A specimen with slabs exhibited significantly higher stiffness and strength values than a specimen without slabs. Thus, it would be reasonable to consider the effects of a slab on the flexural strength for an economical design. A specimen with unbonded mono-tendons had slightly lower initial stiffness and flexural strength values than a specimen with bonded multi-tendons but showed greater flexural strength than the value specified in the design codes. The post-tensioned length was found to have no significant impact on the flexural behavior of the proposed post-tensioned precast concrete system. In addition, a finite element analysis was conducted on the proposed post-tensioned precast concrete system, and the tests and analysis results were compared in detail.
Gabriela R. Martínez Lara;Myoungsu Shin;Yong-Hoon Byun;Goangseup Zi;Thomas H.-K. Kang
Computers and Concrete
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v.33
no.4
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pp.349-359
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2024
This study aims to investigate the effect of restraint configuration on crack formation due to shrinkage-and-creep-induced volumetric change in unbonded post-tensioned slabs. The first part of this study focuses on the comparison of existing shrinkage and creep calculation models that are used to predict the volume-changing behavior of concrete. The second part of this study presents the finite element analysis of a series of architectural configuration prototypes subjected to shrinkage and creep, which comprise unbonded post-tensioned slabs with various restraint configurations. The shrinkage and creep effects were simulated in the analysis by imposing strains obtained from one selected calculation model. The results suggest that a slab up to 300 ft. (90 m) in length does not require a closure strip if it is unrestrained by perimeter walls, and that the most effective restraint crack mitigation strategy for a slab restrained by perimeter walls is a partial wall release.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.425-434
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2016
In this experimental study, six post-tensioned light weight concrete (LWC) continuous one-way slabs were tested in the following manner: the flexural behaviors of the members were compared with the calculations from the existing standards. The test also examined the effect of prestressing in tendons and proper prestress conditions to reduce the deflection and crack width, and to enhance the flexural capacity and ductility of LWC members. Flexural capacity and stress increments in unbonded tendons of the specimens were compared with those of the simply supported normal and the lightweight concrete members. The suggested safety limit from the American Concrete Institute (ACI) regulation on the maximum capacity and the stress incremental in unbonded tendons were also compared with the test results under simple and continuous supporting conditions.
This study was conducted to develop the design methodology of gap slabs for the post-tensioned concrete pavement (PTCP). The gap slabs were considered as unbonded, half bonded, and bonded types. According to the types of the gap slabs, the curling stresses were investigated first under the environmental loads. The stresses due to the vehicle loads were analyzed considering both the single and tandem axles. The method to calculate the prestressing amount was suggested by comparing the combined stresses due to both loads and the allowable tensile stress of concrete. The prestressing amount for the unbonded type gap slab could be designed by considering only the gap slab; however, for the half bonded and bonded gap slabs, the whole PTCP slab should be analyzed to properly design the prestressing amount.
Kim, Dong-Ho;Kil, Yong-Su;Kim, Jin-Woung;Yun, Kyeong-Ku
International Journal of Highway Engineering
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v.12
no.3
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pp.147-154
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2010
In post-tensioned concrete pavement(PTCP), one of the most important design variables is the initial joint width, in addition to the tensioning spacing. The joint width between PTCP slabs directly affects noise and ride quality. If the joint width is too wide, noise increases and ride quality decreases. If the initial joint width is too narrow, on the other hand, under high temperature, PTCP slabs can blow up, or failures near the joint can occur due to excessive compressive stresses. This study was conducted to determine the optimal initial joint width of PTCP and to investigate the joint width behavior under temperature changes. The experiments were performed using one-year-old PTCP slabs. The concrete temperatures were measured using the temperature measurement sensors installed at various depths. The joint widths were measured using vernier-calipers at different times of a day and the relationship between the joint width and temperature was analyzed. From this study, the design methodology to determine the optimal initial joint width of PTCP could be proposed.
Choi, Seung-Ho;Hwang, Jin-Ha;Heo, InWook;Kim, Kang Su;Woo, Woon-Taek
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.10
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pp.3-10
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2018
Hybrid Prestressed Precast Concrete System (HPPC system) is a newly developed frame system that can improve the performance of precast concrete (PC) joints by post-tensioning. In particular, the details proposed in this study can reduce the lifting weight of the PC members and eliminate problems caused by cracks in the joints that occur under service loads. This study performed an evaluation on the negative moment performance of full-scaled HPPC girders. The test specimens were cast with or without slabs, with bonded or unbonded tendons, and had different post-tensioned lengths in tensile section. The test results showed that the specimens with slabs had significantly higher stiffness and strength than those without slabs. There were no differences in the flexural behavior between those with bonded or unbonded tendons, and between those with short or long post-tensioned lengths in the negative moment region.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1990.04a
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pp.108-115
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1990
This paper contains experimental studies on the flexural cracking behabior of PPC one-way slabs. Three post tensioned bonded PPC slabs with the same prestressing ratio and ultimate moment strength were tested. Based upon test results, this paper also presents the crack width prediction formula PPC slab. According to the crack theory developed mainly in Europe, crack width formula is given as the product of crack spacing and mean steel strain after decompression. Aaaaverage crack spacing formula is composed of many factors mainly such as concrete cover, concrete effective area in tension, sum of reinforcing bars perimeters and mixed reinforcements. In particular, it is very important to specify the bond characteristics of mixed reinforcements, since bond characteristics of PC bars are different from those of non-tensioned deformed bars. For this reason, a reduced bond coefficients for PS bars is employed in this study.
This research was planned to evaluate the structural performance of post tensioned(PT) concrete member subjected to fire. Prime objective was to suggest some techniques to evaluate the performance of post tensioned concrete beam and slab exposed to high temperature through experiment. To accomplish this objective, the following two scopes have been proceeded to verify the strength reducing ratio of strands and find out the difference of resisting force at the PT concrete members exposed to high temperature through the fire test. The properties of prestressing steel(tendon) in PT concrete beam and slab under variable temperatures were reviewed. The test of this study was shown that stress relaxation occurred at high temperature, and some restoration of tensional force appeared as it got cooling down. The residual tension of the post tensioned beams at 4 hours after reaching the target temperature were 70% at $400^{\circ}C$, 10% at $600^{\circ}C$ and 2% at $800^{\circ}C$. The post tensioned slabs were 94% at $400^{\circ}C$, 84.5% at $600^{\circ}C$ and 62% at $800^{\circ}C$. The reason why the residual tension loss of the post tensioned slab was relatively small was considered to be that the slab was exposed just one side to high temperature and the strength of the strand was restored larger than that of beam. Also, it was confirmed that the post tensioned member inevitably experienced the loss of strength by fire damage, and restoration design of the member should be required to compensate for the value as much as lost strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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