Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.1
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pp.39-48
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2001
An analytical compressive stress-strain relationship model for circular and rectangular concrete specimens confined with laminated carbon fiber sheets (CFS) is studied. Tsai-Hill and Tsai-Wu failure criteria were used to implement orthotropic behavior of laminated composite materials. By using these criteria, an algorithm which analyzes the confinement effect of CFS on concrete was developed. The proposed analytical model was verified through the comparison with experimental data. Various parameters such as concrete strength, ply angle, laminate thickness, section shape, and ply stacking sequences were investigated. Numerical results by the proposed model effectively simulate the experimental compressive stress-strain behavior of CFS confined concrete specimens. Also, the pro-posed model estimates the compressive strength of the specimen to a high degree of accuracy.
Since existing constitutive models developed for confined normal strength concrete overestimate ductility when they are applied to confined high strength concrete, these models cannot be directly applied to confined high strength concrete. In an effort to solve this problem, an accurate stress-strain relationship of the hihg strength concrete needs to be formulated by examining the confinement effects due to increase of the concrete strength. In this study, a constitutive model is developed to express the stress-strain relationship of confined high strength concrete by carrying out regression analysis of the main parameters affection strength and ductile behavior of reinforced high strength concrete columns. Twenty-five test specimens were chosen from the reported experimental studies in the literature. The experimental results of stress-strain relationships of show a good agreement with results of the stress-strain relationships of suggested high strength concrete, covering a strength range between 60 and 124 MPa.
The complete stress-strain behavior of steel fiber reinforced concrete in compression is needed for the analysis and design of structures. An experimental investigation was carried out to generate the complete stress-strain curve of high-performance steel fiber reinforced concrete (HPSFRC) with a strength range of 52-80 MPa. The variation in concrete strength was achieved by varying the water-to-cementitious materials ratio of 0.40-0.25 and steel fiber content (Vf = 0.5, 1.0 and 1.5% with l/d = 80 and 55) in terms of fiber reinforcing parameter, at 10% silica fume replacement. The effects of these parameters on the shape of stress-strain curves are presented. Based on the test data, a simple model is proposed to generate the complete stress-strain relationship for HPSFRC. The proposed model has been found to give good correlation with the stress-strain curves generated experimentally. Inclusion of fibers into HPC improved the ductility considerably. Equations to quantify the effect of fibers on compressive strength, strain at peak stress and toughness of concrete in terms of fiber reinforcing index are also proposed, which predicted the test data quite accurately. Compressive strength prediction model was validated with the strength data of earlier researchers with an absolute variation of 2.1%.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.4A
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pp.383-389
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2010
The concrete structural design provisions in Korea are based on ultimate strength design. Up to service load stage, it is assumed a linear stress-strain relation, but there is no stress-strain relationship for a concrete material from service load stage to limat state. According to the current provisions, an independent method is provided for the each calculation of deflection and crack width. In EC2 provisions based on limit state design, however, a stress-strain relationship of concrete is provided. Thereby, it is able to calculate a strength as well as a deflection directly from concrete stress-strain relationship. In this paper the moment-curvature relationship is directly calculated from a material law using equilibrium and compatibility conditions. Then strength and deflection are formulated. These results are compared with the values from the current provisions in Korea. From the results, the deflection based on a moment-curvature relationship is well agreed with experimental results and it is appeared that the deflection after the yielding of steel is also possible.
The published studies usually used analytical method, numerical methods or experimental method to determine the stress-strain state and displacement of the single-layer or multi-layer curved shell types, but with a small scale model. However, a full scale multi-layer doubly curved concrete shell roof model should be researched. This paper presents the results of the experiment and simulation analysis involving stress-strain state, sliding between layers, the formation and development of the full scale double-layer doubly curved concrete shell roof when this shell begins to crack. The results of the this study have constructed the load-sliding strain relationship; strain diagram; stress diagram in the shell layers; the Nx, Ny membrane force diagram and deflection of shell. Thisresults by experimental method on a full scale model of concrete have clarified the working of multi-layer doubly curved concrete shell roof. The experimental and simulation results are compared with each other and compared with the Sap2000 software.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.709-714
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1999
The objectives of this study are to estimate the strengthening effect of concrete column strengthened with CFS and to provide basic guideline for the strengthening design with laminated composite materials. Analysis stress-strain model of laminated CFS is presented based on laminate theory. This model has been implemented in the algorithm of evaluating confinement effect of CFS. From results of the algorithm, stress-strain relationship of confined concrete is obtained. Using this stress-strain relationship, section analyses of circular and rectangular concrete columns strengthened with CFS are carried our, and load-moment interaction and load-ductility curves of the columns are obtained. To evaluate the strengthening effects of CFS, parametric study is also conducted for the angle of ply, thickness of CFS, shape of section, and reinforcement ratio. Based on this investigation, design recommendations and basic guidelines for the strengthening design with CFS are proposed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.04a
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pp.413-421
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1997
This paper presents the comparison and evaluation of the existing test results and empirical formulas of high-strength concrete available in the literature for various types of models to describe the stress-strain relationship. The range of concrete compressive strength taken into account in this study was 400 to 1200kg/㎠ and the comprehensive assessment of each linearly varying ascending part and brittle type of descending one of each model was carried out. The results show that the fixed curve equation seems to be recommended to well describe the ascending part and so does Fafitis' exponential equation for the descending part in the stress-strain relationship of the high and ultra high-strength concrete.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.1
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pp.1-20
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2015
This work is devoted to the study of fresh and hardened properties of concrete containing recycled gravel. Four formulations were studied, the concrete of reference and three concretes containing recycled gravel with 30, 65 and 100 % replacement ratios. All materials were formulated on the basis of S4 class of flowability and a target C35 class of compressive strength according to the standard EN 206-1. The paper first presents the mix design method which was based on the optimization of cementitious paste and granular skeleton, then discusses experimental results. The results show that the elastic modulus and the tensile strength decrease while the peak strain in compression increases. Correlation with the water porosity is also established. The validity of analytical expressions proposed by Eurocode 2 is also discussed. The obtained results, together with results from the literature, show that these relationships do not predict adequately the mechanical properties as well as the stress-strain curve of tested materials. New expressions were established to predict the elastic modulus and the peak strain from the compressive strength of natural concrete. It was found that the proposed relationship E-$f_c$ is applicable for any type of concrete while the effect of substitution has to be introduced into the stress-strain (${\varepsilon}_{c1}-f_c$) relationship for recycled aggregate concrete. For the full stress-strain curve, the model of Carreira and Chu seems more adequate.
This paper discusses the effect of high temperatures (Ts) on the compressive strength and stress-strain curve of recycled fine aggregate concrete (RFAC), based on the experimental results. A total of 90 prisms (100 mm×100 mm×300 mm) were tested. The results show that the compressive strength and elastic modulus of RFAC specimens decreased significantly with increasing T values. As T increased, the strain corresponding to peak stress decreased first when T<200℃ and then increased afterwards. With increasing T values, the stress-strain curves became flat gradually, the peak stress dropped gradually, and εp decreased when T<200℃ and increased in the T range of 400-800℃. A stress-strain relations for RFAC exposed to high Ts is proposed, which agree quite well with the test results and may be used to practical applications.
Uniaxial compressive strength test and uniaxial compression creep one were produced on four groups of twelve concrete specimens with different hole number by RLW-2000 rock triaxial rheology test system. The relationships between horizontal holes and instantaneous failure stress, the strain, and creep failure stress, the strain, and the relationships between stress level and instantaneous strain, creep strain were studied, and the relationship between horizontal holes and failure mode was determined. The results showed that: with horizontal hole number increasing, compressive strength of the specimens decreased whereas its peak strain increased, while both creep failure strength and its peak strain decreased. The relationships between horizontal holes and compressive strength of the specimens, the peak strain, were represented in quadratic polynomial, the relationships between horizontal holes and creep failure strength, the peak strain were represented in both linear and quadratic polynomial, respectively. Instantaneous strain decreased with stress level increasing, and the more holes in the blocks the less the damping of instantaneous strain were recorded. In the failure stress level, instantaneous strain reversally increased, creep strain showed three stages: decreasing, increasing, and sharp increasing; in same stress level, the less holes the less creep strain rate was recorded. The compressive-shear failure was produced along specimen diagonal line where the master surface of creep failure occurred, the more holes in a block, the higher chances of specimen failure and the more obvious master surface were.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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