An experimental work was carried out to study the effect of hybrid fiber on the tension stiffening and cracking characteristics of geopolymer concrete (GPC). A total of 24 concentrically reinforced concrete specimens were cast and tested under uniaxial tension. The grade of concrete considered was M40. The variables mainly consist of the volume fraction of crimped steel fibers (0.5 and 1.0%) and basalt fibers (0.1, 0.2 and 0.3%). The load deformation response was recorded using LVDT's. At all the stages of loading after the first cracking, crack width and crack spacing were measured. The addition of fibers in hybrid form significantly improved the tension stiffening effect. In this study, the combination of 0.5% steel fiber and 0.2% basalt fiber gave a better comparison than the other combinations.
Presence of torsional loadings can significantly affect the flow of internal forces and deformation capacity of reinforced concrete (RC) columns. It increases the possibility of brittle shear failure leading to catastrophic collapse of structural members. This necessitates accurate prediction of the torsional behaviour of RC members for their safe design. However, a review of previously published studies indicates that the torsional behaviour of RC members has not been studied in as much depth as the behaviour under flexure and shear in spite of its frequent occurrence in bridge columns. Very few analytical models are available to predict the response of RC members under torsional loads. Softened truss model (STM) developed in the University of Houston is one of them, which is widely used for this purpose. The present study shows that STM prediction is not sufficiently accurate particularly in the post cracking region when compared to test results. An improved analytical model for RC square columns subjected to torsion with and without axial compression is developed. Since concrete is weak in tension, its contribution to torsional capacity of RC members was neglected in the original STM. The present investigation revealed that, disregard to tensile strength of concrete is the main reason behind the discrepancies in the STM predictions. The existing STM is extended in this paper to include the effect of tension stiffening for better prediction of behaviour of square RC columns under torsion. Three different tension stiffening models comprising a linear, a quadratic and an exponential relationship have been considered in this study. The predictions of these models are validated through comparison with test data on local and global behaviour. It was observed that tension stiffening has significant influence on torsional behaviour of square RC members. The exponential and parabolic tension stiffening models were found to yield the most accurate predictions.
A new type of buckling-restrained braces (BRBs) with a longitudinally profiled steel plate working as the core (LPBRB) is proposed and experimentally investigated. Different from conventional BRBs with a constant thickness core, both stiffness and strength of the longitudinally profiled steel core along its longitudinal direction can change through itself variable thickness, thus the construction of LPBRB saves material and reduces the processing cost. Four full-scale component tests were conducted under quasi-static cyclic loading to evaluate the seismic performance of LPBRB. Three stiffening methods were used to improve the fatigue performance of LPBRBs, which were bolt-assembled T-shaped stiffening ribs, partly-welded stiffening ribs and stiffening segment without rib. The experimental results showed LPBRB specimens displayed stable hysteretic behavior and satisfactory seismic property. There was no instability or rupture until the axial ductility ratio achieved 11.0. Failure modes included the out-of-plane buckling of the stiffening part outside the restraining member and core plate fatigue fracture around the longitudinally profiled segment. The effect of the stiffening methods on the fatigue performance is discussed. The critical buckling load of longitudinally profiled segment is derived using Euler theory. The local bulging behavior of the outer steel tube is analyzed with an equivalent beam model. The design recommendations for LPBRB are presented finally.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.47-54
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2023
In this study, the tensile behavior of concrete specimens reinforced with GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer), BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymer), and CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) bars was experimentally analyzed. The tensile strength of the FRP bars is appeared to be similar to the design strength, but the elastic modulus was somewhat lower. Additionally, the specimens for tension stiffening effect were manufacured using OPC (Ordinary Portland Cement) and SFRC (Steel Fiber Reinforced Concrete), with dimensions of 150(W)×150(B)×1000(H) mm. The crack spacing of specimens was most significant for GFRP reinforcement bars, which have a lower elastic modulus and a smoother surface, while BFRP and CFRP bars, with somewhat rougher surfaces and higher elastic moduli, showed similar crack spacings. In the load-strain relationship, GFRP bars exhibited a relatively abrupt behavior after cracking, whereas BFRP and CFRP bars showed a more stable behavior after the cracking phase, maintaining a certain level of tension stiffening effect. The tension stiffening index was somewhat smaller as the diameter increased, and GFRP, compared to BFRP, showed a higher tension stiffening index.
Double steel plate concrete composite shear wall (SCSW) has been widely utilized in nuclear power plants and high-rise structures, and its shear connectors have a substantial impact on the seismic performance of SCSW. Therefore, in this study, the mechanical properties of SCSW with angle stiffening ribs as shear connections were parametrically examined for the reactor containment structure of nuclear power plants. The axial compression ratio of the SCSW, the spacing of the angle stiffening rib arrangement and the thickness of the angle stiffening rib steel plate were selected as the study parameters. Four finite element models were constructed by using the finite element program named ABAQUS to verify the experimental results of our team, and 13 finite element models were established to investigate the selected three parameters. Thus, the shear capacity, deformation capacity, ductility and energy dissipation capacity of SCSW were determined. The research results show that: compared with studs, using stiffened ribs as shear connectors can significantly enhance the mechanical properties of SCSW; When the axial compression ratio is 0.3-0.4, the seismic performance of SCSW can be maximized; with the lowering of stiffener gap, the shear bearing capacity is greatly enhanced, and when the gap is lowered to a specific distance, the shear bearing capacity has no major affect; in addition, increasing the thickness of stiffeners can significantly increase the shear capacity, ductility and energy dissipation capacity of SCSW. With the rise in the thickness of angle stiffening ribs, the improvement rate of each mechanical property index slows down. Finally, the shear bearing capacity calculation formula of SCSW with angle stiffening ribs as shear connectors is derived. The average error between the theoretical calculation formula and the finite element calculation results is 8% demonstrating that the theoretical formula is reliable. This study can provide reference for the design of SCSW.
Park, Kyoung-Woo;Lee, Jun-Seok;Kim, Woo;Kim, Dae-Joong;Lee, Gi-Yeol
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.5
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pp.581-589
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2014
This paper presents the tension stiffening behavior from experimental results of each 6 amorphous steel fibers and normal steel fibers reinforced direct tensile specimens with the main variables such as cover thickness to bar diameter ratio. A tension stiffening effect for steel fiber reinforced RC tension members improve on the increase in cover thickness, and also amorphous steel fiber is usually superior to normal steel fiber. The reinforcement of steel fibers controlled the splitting cracks and led to significant increase in the tension stiffening effect. In particular, if cover thickness is more than twice the bar diameter, the amorphous steel fiber reinforced specimen is controlled the splitting crack and increased the tension stiffening effect. And, the tension stiffening effect of amorphous steel fiber reinforced concrete tension members is different to current structural design code provision.
Park Young Ho;Kim Se Hun;Choi Seung Won;Oh Byung Hwan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.17-20
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2005
Moment-curvature relation of RC pier is influenced greatly in occurrence form of crack and difference is happened according to consideration existence and nonexistence of tension stiffening effect. However, studies considering these is very insufficient misgovernment. Also, it is sometimes unavoidable lap splice of axial reinforcement in plastic hinge region of RC piers. However, specific design standard about lap splice of axial reinforcement is unprepared real condition and study about effect that lap splice of axial reinforcement get in occurrence form of crack is insufficient misgovernment. Therefore, in this paper, experiments are performed with hollow RC piers that do lap splice of axial reinforcement by main variable. And this study present analytical method about moment-curvature relation of hollow RC pier that consider tension stiffening effect and analyze effect that lap splice of axial reinforcement gets in occurrence form of crack. Analytic method of moment-curvature relation of RC pier that present in this study shows very similar motion with experiment result and crack interval of RC pier is suffering dominate impact in the augmented reinforcement amount by lap splice and average crack interval decreases as lap splice ratio increases.
This paper presents the test results of total 35 direct tensile specimens to investigate the effect of high-strength concrete on the tension stiffening effect in axially loaded reinforced concrete tensile members. Three kinds of concrete strength 25, 60, and 80 MPa were included as a major experimental parameter together with six concrete cover thickness ratios. The results showed that as higher strength concrete was employed, not only more extensive split cracking along the reinforcement was formed, but also the transverse crack space became smaller. Thereby, the effective tensile stiffness of the high-strength concrete specimens at the stabilized cracking stage was much smaller than those of normal-strength concrete specimens. This observation is contrary to the current design provisions, and the significance in reduction of tension stiffening effect by employment of high-strength concrete is much higher than that would be expected. Based on the present results, a modification factor is proposed for accounting the effect of the cover thickness and the concrete strength.
Cracking is considered to be one of the important factors in determining the durability of reinforced concrete structures. When the bending stress exceeds the modulus of rupture of the concrete, cracking form along the length of members. The total load is transferred across these cracks by the reinforcement, but the concrete between cracks is still capable of carrying stresses due to the bond between steel and concrete. This phenomenon is called the tension stiffening effect. The tension stiffening effect is affected by many variables, such as the bond stress, strength of concrete, interrocking of aggregate, type of steel, and dowel action of steel. Also, this tension stiffening effect is usually quite significant in beams under service loading, and must be taken into account in the calculation of deflection and crack widths. In this study, the experiment was carried out on types of specimen, strength of concrete, and steel ratio and finite element analysis were compared in terms of load-deflection relationship, crack pattern.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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