Kim, Uksun;Huang, Yu;Chakrabarti, Pinaki R.;Kang, Thomas H.K.
Computers and Concrete
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제13권5호
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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.
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.
This paper shows the simplified equation to predict the ultimate moment capacity and corresponding rod stress in reinforced concrete beam with external post-tensioning rods. Because the stress of external post-tensioning rod depends on the beam deflection, the previous analytical model for post-tensioned beams requires a tedious iteration process. Also, the stress equations in ACI code or other researchers' models are suitable only for internal tendons in concrete beams. In this study, given the lack of analytical approaches to predict the nominal stress of the external unbonded rod, a simple and robust equation has been proposed for externally post-tensioned concrete beams. It is concluded that the proposed equation predicted the stress of external steel rods in post-tensioned concrete beams reasonably well.
The need for long-span members increases gradually in recent years, which makes issues not only on ultimate strength but also on excessive deflection of horizontal members important. In building structures, the post-tension methods with unbonded tendons are often used for long-span members to solve deflection problems. Previous studies on prestressed flexural members with unbonded tendons, however, were mostly focused on the ultimate strength. For this reason, their approaches are either impossible or very difficult to be implemented for serviceability check such as deflection, tendons stress, etc. Therefore, this study proposed a flexural behavior model for post-tensioned members with unbonded tendons that can predict the initial behavior, before and after cracking, service load behavior and ultimate strength. The applicability and accuracy of the proposed model were also verified by comparing with various types of test results including internally and externally post-tensioned members, a wide range of reinforcement ratios and different loading patterns. The comparison showed that the proposed model very accurately estimated both the flexural behavior and strength for these members. Particularly, the proposed model well reflected the effect of various loading patterns, and also provided good estimation on the flexural behavior of excessively reinforced members that could often occur during reinforcing work.
포스트텐션 경량콘크리트 보의 극한 휨 거동 시 보강지수가 비부착 긴장재 응력에 미치는 영향을 평가하기 위하여 3개의 보 시험체가 실험되었다. 주요 변수는 보강지수 0.06, 0.15, 0.30 이었다. 실험결과 포스트텐션 경량콘크리트 보의 최대 휨 내력 시 비부착 긴장재의 응력은 ACI 318-08의 경험식에 의해 안전측에서 평가될 수 있었다.
Kim, Tae-Hoon;Kim, Young-Jin;Jin, Byeong-Moo;Shin, Hyun-Mock
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제19권1E호
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pp.3-9
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2007
This paper presents a numerical procedure for analyzing the joints between precast post-tensioned segments. A computer program for the analysis of reinforced concrete structures was run for this problem. Models of material nonlinearity considered in this study include tensile, compressive and shear models for cracked concrete and a model for reinforcing steel with smeared crack. An unbonded tendon element based on the finite element method, that can describe the interaction between the tendon and concrete of prestressed concrete member, was experimentally investigated. A joint element is newly developed to predict the inelastic behavior of the joints between segmental members. The proposed numerical method for the joints between precast post-tensioned segments was verified by comparison of its results with reliable experimental results.
The objective of the present study is to examine the flexural behavior of two-span post-tensioned lightweight aggregate concrete (LWAC) beams using unbonded tendons and the reliability of the design provisions of ACI 318-14 for such beams. The parameters investigated were the effective prestress and loading type, including the symmetrical top one-point, two third-point, and analogous uniform loading systems. The unbonded prestressing three-wire strands were arranged with a harped profile of variable eccentricity. The total length of the beam, measured between both strand anchorages, was 11000 mm. The test results were compared with those compiled from simply supported LWAC one-way members, wherever possible. The ultimate load capacity of the present beam specimens was evaluated by the collapse mechanism of the plasticity theorem and the nominal section moment strength calculated following the provision of the ACI 318-14. The test results showed that the two-span post-tensioned LWAC beams had lower stress increase (Δfps) in the unbonded tendons than the simply supported LWAC beams with a similar reinforcement index. The effect of the loading type on Δfps and displacement ductility was less significant for two-span beams than for the comparable simply supported beams. The design equations for Δfps and Δfps proposed by ACI 318-14 and Harajli are conservative for the present two-span post-tensioned LWAC beams, although the safety decreases for the two-span beam, compared to the ratios between experiments and predictions obtained from simply supported beams.
In the post-tensioned concrete member, additional reinforcement is required to prevent failure in the anchorage zone. In this study, the details of reinforcement suitable for the anchorage zone of the post-tensioned concrete member using circular anchorage was proposed based on the experimental results. The tests were conducted with the compressive strength of concrete and reinforcement types as variables. The experimental results indicated that the additional reinforcement for the anchorage zone is required when the compressive strength of concrete is less than 17.5 MPa. U-shaped reinforcement shows most effective performance in terms of maximum strength and cracks patterns.
포스트텐션 경량 콘크리트(LWC) 보 시험체 7개가 상부 대칭 2점 집중 하중 하에서 실험되었다. 주요 변수는 부착 주철근 양 및 유효 프리스트레스 양이다. 경량 콘크리트의 설계강도 및 단위 용적 중량은 각각 30 MPa과 1,770 $kg/m^3$이다. 포스트텐션 보통 중량 콘크리트에서와 같이 균열 진전과 비부착 긴장재의 응력은 부착 철근 및 유효 프리스트레스 양에 의해 영향을 받았다. 부착 철근 및 유효 프리스트레스 양의 증가와 함께 보의 사용성과 휨 내력은 향상되는 반면 비부착 긴장재의 응력은 감소하였다. 포스트텐션 경량 콘크리트 보의 균열 제어를 위해서는 ACI 318-08에서 제시하는 최소 부착 철근이 요구되었다. 포스트텐션 경량 콘크리트 보의 휨 거동 및 비부착 긴장재의 응력 증가는 제시된 비선형 해석 모델에 의해 적절하게 예측될 수 있었다. 반면 ACI 318-08 기준은 포스트텐션 LWC 보의 휨 내력 및 비부착 긴장재의 응력 증가에 대해 지나치게 안전측에 있었다.
Abdalla, Jamal A.;Saqan, Elias I.;Hawileh, Rami A.
Computers and Concrete
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제13권4호
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pp.547-567
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2014
Precast Seismic Structural Systems (PRESSS) provided an iterative procedure for obtaining optimum design of unbonded post-tensioned coupled precast concrete wall systems. Although PRESSS procedure is effective, however, it is lengthy and laborious. The purpose of this research is to employ Artificial Neural Network (ANN) to predict the optimum design parameters for such wall systems while avoiding the demanding iterative process. The developed ANN model is very accurate in predicting the nondimensional optimum design parameters related to post-tensioning reinforcement area, yield force of shear connectors and ratio of moment resisted by shear connectors to the design moment. The Mean Absolute Percent Error (MAPE) for the test data for these design parameters is around %1 and the correlation coefficient is almost equal to 1.0. The developed ANN model is then used to study the effect of different design parameters on wall behavior. It is observed that the design moment and the concrete strength have the most influence on the wall behavior as compared to other parameters. Several design examples were presented to demonstrate the accuracy and effectiveness of the ANN model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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