Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.413-416
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2004
This paper describes a proposal for crack width and deflection in RC flexural members. Because the serviceability provisions of the current codes are mainly based on only empirical relationships developed from test result and effective moment of inertia, crack width and deflections are contrary to the actual values. Based on nonlinear bond characteristics, tension stiffening effect, arch action and effective concrete tensile area. Then an equation is developed for predicting crack width and deflection in flexural members. The predicted results shows that as proposed model employed, crack width and deflections are different from estimated by the current KCI, MC 90 and EC 2 provisons, and the values predicted are in good agreement with experimentally measured values.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.2
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pp.69-77
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1987
A finite element method has been developed to study the material nonlinear analysis of reinforced concrte structures. Concrete behavior under the biaxial state of stress is represented by a nonlinear constitutive relationship which incorporates tensile cracking, tensile stiffening effect between cracks and the strain-softening phenomenon beyond the maximum compressive strength. The concrete model used is based upon nonlinear elasticity by assuming concrete to be an orthotropic material and modeled as equivalent uniaxial stress-strain constitutive relationship using equivalent uniaxial strain. The streel reinforcement is assumed to be in a uniaxial stress state and is modeled as a bilinear, elasto-plastic material with strain hardening approximating the Bauschinger effect. In plane stress state, R.C. beams is modeled as a quadratic element that has two degrees of freedom in each node. And this results of finite element analysis are compared with the experimential results of midspan deflection, stresses and strains.
This paper proposes a mechanical model to describe the load-deformation responses of the reinforced concrete plate members under service load state. An Analytical method is introduced on the basis of the rotating crack model which considers equilibrium, compatibility conditions, load-strain relationship of cracked member, and constitutive law for materials. The tension stiffening effect in reinforced concrete structures is taken into account by the average tensile stress-strain relationship from the load-strain relationship for the cracked member and the constitutive law for material. The strain compatibility is used to find out the crack direction because the crack direction is an unknown variable in the equilibrium and compatibility conditions. The proposed theory is verified by the numerous experimental data such as the crack direction, moment-steel strain relationship, moment-crack width relationship. The present paper can provide some basis for the provision of the definition of serviceability for plate structures of which reinforcements are deviated from the principal stresses, because the present code defines the serviceability by the deflection, crack control, vibration and fatigue basically for the skeletal members. The proposed theory is applicable to predict the service load state behavior of a variety of reinforced concrete plate structures such as skew slab bridges, the deck of skew girder bridges.
Tamayo, Jorge Luis Palomino;Awruch, Armando Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.5
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pp.799-823
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2016
A finite element model for the non-linear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) containment shell of a nuclear power plant subjected to extreme loads such as impact and earthquake is presented in this work. The impact is modeled by using an uncoupled approach in which a load function is applied at the impact zone. The earthquake load is modeled by prescribing ground accelerations at the base of the structure. The nuclear containment is discretized spatially by using 20-node brick finite elements. The concrete in compression is modeled by using a modified $Dr{\ddot{u}}cker$-Prager elasto-plastic constitutive law where strain rate effects are considered. Cracking of concrete is modeled by using a smeared cracking approach where the tension-stiffening effect is included via a strain-softening rule. A model based on fracture mechanics, using the concept of constant fracture energy release, is used to relate the strain softening effect to the element size in order to guaranty mesh independency in the numerical prediction. The reinforcing bars are represented by incorporated membrane elements with a von Mises elasto-plastic law. Two benchmarks are used to verify the numerical implementation of the present model. Results are presented graphically in terms of displacement histories and cracking patterns. Finally, the influence of the shear transfer model used for cracked concrete as well as the effect due to a base slab incorporation in the numerical modeling are analyzed.
The shear behaviour of reinforced concrete members has been studied over the past decades by various researchers, and it can be simulated by analysing shear panel elements which has been regarded as a basic element of reinforced concrete members subjected to in-plane biaxial stresses. Despite various experimental studies on shear panel element which have been conducted so far, there are still a lot of uncertainties related to what influencing factors govern the shear behaviour and affect failure mechanism in reinforced concrete members. To identify the uncertainties, a finite element analysis can be used, which enables to investigate the impact of specific variables such as the reinforcement ratio, the shear retention factor, and the material characteristics including aggregate interlock, tension stiffening, compressive softening, and shear behaviour at the crack surface. In this study, a non-linear probabilistic analysis was conducted on reinforced concrete panels using a finite element method optimized for reinforced concrete members and advanced sampling techniques so that probabilistic analysis can be performed effectively. Consequently, this study figures out what analysis methodology and input parameters have the most influence on shear behaviour of reinforced concrete panels.
A methodology using neural networks has been proposed for rapid prediction of inelastic bending moments in reinforced concrete continuous beams subjected to service load. The closed form expressions obtained from the trained neural networks take into account cracking in concrete at in-span and at near the internal supports and tension stiffening effect. The expressions predict the inelastic moments (considering the concrete cracking) from the elastic moments (neglecting the concrete cracking) at supports. Three separate neural networks are trained since these have been postulated to represent all the beams having any number of spans. The training, validating, and testing data sets for the neural networks are generated using an analytical-numerical procedure of analysis. The proposed expressions are verified for example beams of different number of spans and cross-section properties and the errors are found to be small. The proposed expressions, at minimal input data and computation effort, yield results that are close to FEM results. The expressions can be used in preliminary every day design as they enable a rapid prediction of inelastic moments and require a computational effort that is a fraction of that required for the available methods in literature.
Mercan, Bulent;Stolarski, Henryk K.;Schultz, Arturo E.
Computers and Concrete
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v.18
no.1
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pp.17-37
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2016
This paper compares the arc-length and explicit dynamic solution methods for nonlinear finite element analysis of prestressed concrete members subjected to monotonically increasing loads. The investigations have been conducted using an L-shaped, prestressed concrete spandrel beam, selected as a highly nonlinear problem from the literature to give insight into the advantages and disadvantages of these two solution methods. Convergence problems, computational effort, and quality of the results were investigated using the commercial finite element package ABAQUS. The work in this paper demonstrates that a static analysis procedure, based on the arc-length method, provides more accurate results if it is able to converge on the solution. However, it experiences convergence problems depending upon the choice of mesh configuration and the selection of concrete post-cracking response parameters. The explicit dynamic solution procedure appears to be more robust than the arc-length method in the sense that it provides acceptable solutions in cases when the arc-length approach fails, however solution accuracy may be slightly lower and computational effort may be significantly larger. Furthermore, prestressing forces must be introduced into the finite element model in different ways for the explicit dynamic and arc-length solution procedures.
Maximum deflection in a beam is a serviceability design criterion and occurs generally at or close to the mid-span. This paper presents a methodology using neural networks for rapid prediction of mid-span deflections in reinforced concrete beams subjected to service load. The closed form expressions are further obtained from the trained neural networks. The closed form expressions take into account cracking in concrete at in-span and at near the interior supports and tension stiffening effect. The expressions predict the inelastic deflections (incorporating the concrete cracking) from the elastic moments and the elastic deflections (neglecting the concrete cracking). Five separate neural networks are trained since these have been postulated to represent all beams having any number of spans. The training, validating, and testing data sets for the neural networks are generated using an analytical-numerical procedure of analysis. The proposed expressions have been verified by comparison with the experimental results reported elsewhere and also by comparison with the finite element method (FEM). The proposed expressions, at minimal input data and minimal computation effort, yield results that are close to FEM results. The expressions can be used in every day design since the errors are found to be small.
In this study, the flexural test for reinforced high performance fiber reinforced cementitious composites (R/HPFRCC) members has been conducted in order to investigate the flexural behavior including the effect of an ordinary tensile reinforcing bar. Through the test, it was observed that the flexural strength increased due to the stable tensile stress transfer of HPFRCC, even up to the ultimate state. In addition, no localized crack appeared until the yielding of the reinforcement. From the layered section analysis of the tested members, it was found that the analysis with the tensile model obtained from the tension stiffening test showed better agreement with the flexural test results, whereas the analysis with direct tension test results overestimated the flexural capacity. Through the experimental and analytical studies, two flexural failure modes have been defined in this paper; concrete crushing at the top compression layer or tensile failure at the bottom tensile layer of the beam section. Based on these two flexural failure modes, a simple formula that estimates the ultimate flexural strength of the member has been proposed in this paper. The proposed equations can be useful in a design and an analysis of R/HPFRCC members.
Concrete plasticity models fol the analysis of reinforced concrete members in plane stress are studied. The proposed plasticity model for reinforced concrete provides a unified approach combining plasticity theory and damage models. It addresses strength mhancement under rnultiaxial compression. and tensile cracking damage. The model uses multiple failure criteria for compressive crushing and tensile cracking. For tensile cracking behavior. rotating-crack and fixed-crack plasticity models are compared. As crushing failure criterion, the Drucker-Prager and the von Mises models are used for comparison. The model uses now and existing damnge models fbr tension softening, tension stiffening. and compression softening dup to tensilt. cracking. Finite element analyses using the unified method are compatxd with existing rxpcrimcntal r.esults. To vei.ify the proposcd crushing and cracking plasticity models, the experiments have load capacities govc11.nc.d either by compressive crushing of'concrete or by yi~lding of' reinforcing steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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