This paper investigates the parameters that control the design of Fiber Reinforced Polymer (FRP) reinforced concrete flexural members proportioned following the ACI 440.1R-06. It investigates the critical parameters that control the flexural design, such as the deflection limits, crack limits, flexural capacity, concrete compressive strength, beam span and cross section, and bar diameter, at various Mean-Ambient Temperatures (MAT). The results of this research suggest that the deflection and cracking requirements are the two most controlling limits for FRP reinforced concrete flexural members.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.8
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pp.131-138
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2019
Since concrete has a low tensile strength compared to the compressive strength, reinforced concrete flexural members represent easy crack occurance under a small load. In order to overcome this problem, steel fiber reinforced concrete has been developed to compensate the tensile strength and brittleness of members. However, in the design formula of the domestic building code, it is not specified in the design formula reflecting the material characteristics. Therefore, the field application of the steel fiber reinforced concrete have had many restrictions. In this study, a flexural tensile strength model of steel fiber reinforced concrete is proposed by collecting and analyzing the material properties of material test results conducted by various researchers, and verified by the test results of cracking and stiffness evaluation of flexural members based on the proposed model. As a result of this study, the flexural tensile strength model of steel fiber reinforced concrete which can reflect the mixing ratio and aspect ratio of the steel fiber was proposed and the validity of the proposed material model equation was evaluated from the load-deflection relationship in the flexural test of the slab member.
Rao, K. Balaji;Anoop, M.B.;Kesavan, K.;Balasubramanian, S.R.;Ravisankar, K.;Iyer, Nagesh R.
Computers and Concrete
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v.11
no.5
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pp.411-440
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2013
Large fluctuations in surface strain at the level of steel are expected in reinforced concrete flexural members at a given stage of loading due to the emergent structure (emergence of new crack patterns). This has been identified in developing deterministic constitutive models for finite element applications in Ibrahimbegovic et al. (2010). The aim of this paper is to identify a suitable probability distribution for describing the large deviations at far from equilibrium points due to emergent structures, based on phenomenological, thermodynamic and statistical considerations. Motivated by the investigations reported by Prigogine (1978) and Rubi (2008), distributions with heavy tails (namely, alpha-stable distributions) are proposed for modeling the variations in strain in reinforced concrete flexural members to account for the large fluctuations. The applicability of alpha-stable distributions at or in the neighborhood of far from equilibrium points is examined based on the results obtained from carefully planned experimental investigations, on seven reinforced concrete flexural members. It is found that alpha-stable distribution performs better than normal distribution for modeling the observed surface strains in reinforced concrete flexural members at these points.
Cracking of reinforced concrete flexural members is a highly random phenomenon. In this paper reliability models are presented to determine the probabilities of failure of flexural members against the limit states of first crack and maximum crackwidth. The models proposed take into account the mechanism of cracking. Based on the reliability models discussed, Eqs. (8) and (9) useful in the reliability-based design of flexural members are presented.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.6
no.2
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pp.79-85
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2012
This paper presents the differences in growth of time-dependent strain values in reinforced cement concrete (RCC) and pre-stressed concrete (PSC) flexural members through experiment. It was observed that at any particular age, the time-dependent strain values were less in RCC beams than in PSC beams of identical size and grade of concrete. Variables considered in the study were percentage area of reinforcement, span of members for RCC beams and eccentricity of applied pre-stress force for PSC beams. In RCC beams the time-dependent strain values increases with reduction in percentage area of reinforcement and in PSC beams eccentricity directly influences the growth of time-dependent strain. With increase in age, a non-uniform strain develops across the depth of beams which influence the growth of concave curvature in RCC beams and convex curvature in PSC beams. The experimentally obtained strain values were compared with predicted strain values of similar size and grade of plane concrete (PC) beam using ACI 318 Model Code and found more than RCC beams but less than PSC beams.
In flexural strength design of unconfined reinforced concrete (RC) members, the concrete compressive stress-strain curve is scaled down from the uni-axial stress-strain curve such that the maximum concrete stress adopted in design is less than the uni-axial strength to account for the strain gradient effect. It has been found that the use of this smaller maximum concrete stress will underestimate the flexural strength of unconfined RC members although the safety factors for materials are taken as unity. Herein, in order to investigate the effect of strain gradient on the maximum concrete stress that can be developed in unconfined flexural RC members, several pairs of plain concrete (PC) and RC inverted T-shaped specimens were fabricated and tested under concentric and eccentric loads. From the test results, the maximum concrete stress developed in the eccentric specimens under strain gradient is determined by the modified concrete stress-strain curve obtained from the counterpart concentric specimens based on axial load and moment equilibriums. Based on that, a pair of equivalent rectangular concrete stress block parameters for the purpose of flexural strength design of unconfined RC members is determined.
It is difficult to accurately predict the flexural strength of prestressed members with unbonded tendons, unlike that of prestressed members with bonded tendons, due to the unbonded behavior between concrete and tendon. While there have been many studies on this subject, the flexural strength of prestressed members with unbonded tendons is still not well understood, and different standards in various countries often result in different estimation results for identical members. Therefore, this paper aimed to observe existing approaches and to propose an improved model for the ultimate strength of prestressed members with unbonded tendons. Additionally, a large number of tests results on flexural strength of prestressed members with unbonded tendons were collected from previous studies, which entered into a database to verify the accuracy of the proposed model. The proposed model, compared to existing approaches, well estimated the flexural strength of prestressed members with unbonded tendons, adequately reflecting the effects of influencing factors such as the reinforced steel ratio, the loading patterns, and the concrete strength. The proposed model also provided a reasonably good estimation of the ultimate strength of over-reinforced members and high-strength concrete members.
Kim, Min Sook;Lee, Young Hak;Kim, Heecheul;Scanlon, Andrew;Lee, Junbok
Structural Engineering and Mechanics
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v.38
no.4
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pp.459-477
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2011
Due to the low elastic modulus of FRP, concrete members reinforced with FRP rebars show greater deflections than members reinforced with steel rebars. Deflection is one of the important factors to consider the serviceability of horizontal members. In this study flexural test of AFRP reinforced concrete beams was performed considering reinforcement ratio and compressive strength as parameters. The test results indicated that flexural capacity and stiffness increase in proportion to the reinforcement ratio. The test results were compared with existing proposed equations for the effective moment of inertia including ACI 440. The most of the proposed equations were found to over-estimate the effective moment of inertia while the equation proposed by Bischoff and Scanlon (2007) most accurately predicted the values obtained through actual testing.
Chalioris, Constantin E.;Panagiotopoulos, Thomas A.
Computers and Concrete
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v.22
no.1
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pp.11-25
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2018
A numerical approach for the evaluation of the flexural response of Steel Fibrous Concrete (SFC) cross-sections with arbitrary geometry, with or without conventional steel longitudinal reinforcing bars is proposed. Resisting bending moment versus curvature curves are calculated using verified non-linear constitutive stress-strain relationships for the SFC under compression and tension which include post-peak and post-cracking softening parts. A new compressive stress-strain model for SFC is employed that has been derived from test data of 125 stress-strain curves and 257 strength values providing the overall compressive behaviour of various SFC mixtures. The proposed sectional analysis is verified using existing experimental data of 42 SFC beams, and it predicts the flexural capacity and the curvature ductility of SFC members reasonably well. The developed approach also provides rational and more accurate compressive and tensile stress-strain curves along with bending moment versus curvature curves with regards to the predictions of relevant existing models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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