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Scientific and technological production
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1 to 50 of 351 results
  • Shear design of FRP reinforced concrete beams without transverse reinforcement

     Mari Bernat, Antonio Ricardo; Cladera Bohigas, Antoni; Oller Ibars, Eva; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Composites Part B: Engineering
    Date of publication: 2014-02
    Journal article

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    A simple and rational model for the prediction of the shear strength of FRP reinforced concrete beams without shear reinforcement is presented. The method is based on the principles of structural mechanics and on the experimentally observed behavior of RC beams at shear-flexural failure. It is assumed that, just before failure, the shear is resisted exclusively by the concrete flexural compression head at the critical section, placed at the tip of the shear crack closer to the support. Failure is considered to occur when the principal tensile stress at the concrete head reaches the concrete tensile strength. Simple design equations are provided, which explicitly account for those parameters governing the shear strength, such as the concrete tensile strength, the amount of longitudinal reinforcement ratio and the ratio between the elastic modulus of the longitudinal reinforcement and the concrete. The accuracy of the proposed method has been verified by comparing the model predictions with the results of 144 tests on CFRP and GFRP reinforced concrete beams and with a previously published database on steel reinforced concrete beams failing on shear, providing better results than those obtained using the design equations of current codes of practice, which are mainly empirically based.

  • Structural behaviour of tapered steel plate girders subjected to shear

     Bedynek, Agnieszka
    Defense's date: 2014-03-31
    Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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    Las vigas armadas esbeltas de inercia variable (no prismáticas) se utilizan frecuentemente en el proyecto de estructuras de acero, tales como puentes metálicos y mixtos de luces medias y grandes y pórticos de naves industriales de gran luz. Varias serían las razones que justificarían el proyecto de estas vigas armadas esbeltas de acero de canto variable. En primer lugar, el alzado longitudinal de los elementos estructurales se adecúa a las leyes de esfuerzos que los solicitan, mejorando su eficiencia estructural. En segundo lugar, ello supone un menor consumo de acero y un ahorro en el coste de la estructura. En tercer lugar, el aspecto estético de la estructura mejora de manera notable, aligerando la estructura y reduciendo el mensaje de pesadez que suelen enviar este tipo de estructuras. Por último, en ocasiones, el proyecto de elementos estructurales no prismáticos viene propiciado por los aspectos formales de la obra. Durante las últimas décadas, la resistencia e inestabilidad de las vigas armadas de canto constante han sido estudiadas profundamente por numerosos investigadores. No ha sido así en el caso de vigas de acero no prismáticas, siendo su comportamiento más complejo. El objetivo principal de esta investigación es realizar un análisis exhaustivo del comportamiento estructural de dichas vigas esbeltas no prismáticas de acero y ofrecer unas reglas de aplicación para su proyecto y cálculo. Tal objetivo se dirige fundamentalmente a evaluar la resistencia a cortante de vigas de canto variable en las que el ángulo de inclinación sea considerable (mayor que 10 grados). Conviene señalar que las reglas recogidas en EN 1993-1-5 (Eurocódigo 3) para afrontar esta situación de proyecto son algo simplistas, y no recogen la casuística más significativa en cuanto a los tipos estructurales a considerar en el proyecto. El cuerpo principal está constituido por cuatro publicaciones. Los temas objeto de estudio en ellas y en la tesis son el esfuerzo cortante crítico elástico de paneles de forma trapezoidal, la influencia de las imperfecciones geométricas y las tensiones residuales, el efecto Resal, la posición de la rigidización y la resistencia última a cortante de vigas armadas esbeltas de acero de canto variable, sin y con rigidizadores longitudinales. Los estudios mencionados se enmarcan perfectamente dentro del objetivo principal de la tesis. La metodología aplicada ha incluido las siguientes fases: el estudio bibliográfico y la investigación inicial, el desarrollo del modelo numérico, la ejecución de dos campañas experimentales, la realización de un amplio estudio paramétrico, el análisis comparativo entre los resultados experimentales, los numéricos y los obtenidos según EN 1993-1-5 y, finalmente, la confección de una propuesta de diseño, robusta y eficiente, para la evaluación de la resistencia última a cortante de vigas armadas esbeltas de acero de canto variable.La investigación realizada contempló la ejecución de dos campañas experimentales. En la primera, se ensayaron vigas no prismáticas con rigidizadores transversales, sometidas a cortante y a interacción flexión-cortante. En la segunda, se ensayaron vigas no prismáticas de canto variable con rigidizadores transversales y con rigidizadores longitudinales, sometidas a cortante.Los resultados obtenidos en los ensayos permitieron verificar el modelo numérico. Dicho modelo fue utilizado entonces para realizar un amplio estudio paramétrico, y conocer así la influencia de las variables más relevantes sobre el comportamiento estructural de estas vigas. Finalmente, se presenta una nueva propuesta de cálculo para cuantificar la resistencia última a cortante de vigas armadas esbeltas de acero de canto variable. La propuesta se basa en el método del ¿campo girado de tensiones¿, único método contemplado en EN 1993-1-5. La propuesta mantiene su simplicidad y fiabilidad, y es válida para parámetros geométricos arbitrarios y para diferentes tipos de vigas no prismáticas.

  • Effect of variations in thermal-curing cycle on the cracking risk of precast segmental tunnel lining

     Crespo, Maria D.; Molins Borrell, Climent; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Construction & building materials
    Date of publication: 2013
    Journal article

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    This paper analyzes, both experimentally and numerically, the effect of thermal curing on the evolution of temperatures, rate of temperature rise and cooling, stresses and strengths in reinforced concrete elements. It also describes the experimental program carried out to characterize thermally and mechanically the high strength concrete used in the precast segments of the Pajares Tunnel lining. The thermo numerical analysis allows verifying whether a given cycle complies with rules of good practice with regard to maximum temperatures reached within the segment and maximum rates of heating and cooling. The mechanical analysis allows evaluating the cracking risk by comparing the evolution of stress and effective strength at the points of the segments that have higher risk of cracking. The developed computational tool can be used as a virtual laboratory to determine the curing cycle that is most appropriate for each type of segment

  • Simulación numérica de los efectos del deterioro y refuerzo en el comportamiento en servicio y seguridad de las estructuras de hormigón

     Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Date of publication: 2013-04-25
    Book chapter

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    Recull dels materials presentats al seminari s 6 del "Cursos avanzados Eduardo Torroja: Evaluación, intervención y mantenimiento de edificios y estructuras del 8 de abril al 11 de junio de 2013"

  • Long-term bond stresses and debonding failure of FRP-strengthened RC cracked members

     Oller Ibars, Eva; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Composites Part B: Engineering
    Date of publication: 2013-09
    Journal article

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    Most of the existing models to prevent debonding failure in beams externally strengthened by fiber reinforced polymer (FRP) laminates were developed focusing on the short term response. This paper studies the effect of concrete creep on the interfacial shear stresses and consequently, on the debonding failure load. A simplified formulation for the instantaneous and time-dependent bond stresses under sustained load is provided. Its reliability is analysed through the results obtained by a non-linear time-dependent analysis model. Previously, this model has been checked to evaluate the long-term response of existing experimental programmes in terms of deflections and strains.

  • Dimensionamiento del refuerzo a flexión con laminados de polímeros reforzados con fibras (FRP) evitando su desprendimiento prematuro

     Oller Ibars, Eva; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bellido Recoder, Lucia
    Informes de la construcción
    Date of publication: 2013-10
    Journal article

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    According to the available experimental research related to structures flexurally strengthened by bonding fiber reinforced polymer (FRP) laminates, the laminate debonds in a brittle manner in most tests. This debonding failure usually initiates in the most loaded regions due the effect of intermediate cracks (intermediate crack debonding). From the beginning of this technique, several models have been developed to avoid this premature failure. However, some of them present a significant scatter in relation to the experimental data. This paper presents a comparative analysis of the existing formulations through a database of tests compiled by the authors. Afterwards, a design procedure based on a shear-bending moment interaction diagram related to intermediate crack debonding is presented. This interaction diagram depends on the maximum shear force between crack discontinuities. Finally, the proposed method is compared to the rest of the models obtaining satisfactory results when predicting the failure load.

  • Numerical analysis of shear critical RC beams strengthened in shear with FRP sheets

     Ferreira, Denise; Oller Ibars, Eva; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Journal of composites for construction
    Date of publication: 2013-12
    Journal article

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    The objective of this paper is to contribute to the understanding of the shear resisting mechanisms in RC beams shear-strengthened by externally bonded fiber-reinforced polymer (FRP) sheets. For this purpose, a fiber beam model of RC frames subjected to combined normal and shear forces, previously developed by the authors, has been extended to include the response of externally bonded FRP shear reinforcement in a wrapped configuration. No FRP delamination phenomena or tensile strength reductions in the corner zones are taken into account in the model. The numerical results have been compared with eight existing experimental results and the influence of the FRP sheets on the shear strength of the beam has been studied. The effects of the contribution of FRP ratio on the concrete, on the transversal steel strains and stresses, on the longitudinal tensile steel stresses, and on the diagonal compression struts have been analyzed. It is concluded that the presence of FRP reinforcement modifies the inclinations of cracks and struts, the concrete confinement stresses, and other parameters related to the shear response, producing an interaction between the concrete, internal steel, and FRP components of the shear strength.

  • Numerical simulation of shear-strengthened RC beams

     Ferreira, Denise Carina Santos; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Engineering structures
    Date of publication: 2013-01
    Journal article

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  • Characterization and modelling of SFRC elements  Open access

     Blanco Álvarez, Ana
    Defense's date: 2013-03-20
    Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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    The use of fibre reinforced concrete (FRC) as a construction material has expanded beyond the traditional applications since the publication of design codes and guidelines. In fact, the industry is demanding FRC with increasing structural responsibilities and, in some cases, with the fibres as the only reinforcement. Despite the remarkable advances in the fibre reinforcement technology and the publication of design guidelines, questions continue to arise regarding the performance, the characterization and the modelling of the material. The definition of the constitutive model of FRC and the development of methods for the characterization have been extensively studied. However, their adequacy for certain applications still remains an issue. Moreover, properties such as the fibre orientation and the creep behaviour are not minor concerns and need to be properly considered. These subjects require further research in order to work towards an accurate and efficient design procedure. In this context, the great interest of the industry to understand better FRC behaviour has created the opportunity of performing small-scale and real-scale tests that are a valuable source of information. Therefore, a rather generalist doctoral thesis covering several subjects about the characterization and modelling of steel fibre reinforced concrete (SFRC) elements is proposed. The subjects addressed in this research refer to the flexural behaviour and modelling of RC-SFRC beams (beams with combined reinforcement of steel fibres and rebars); the flexural behaviour, fibre orientation and modelling of SFRC slabs with changing dimensions; the prediction of the tensile behaviour of SFRC and the post-cracking creep behaviour of SFRC. The first subject concerns the adequacy of the constitutive models proposed in the current European codes and guidelines to model the flexural response of RC-SFRC beams. For that, real-scale elements with different steel fibres and fibre contents were tested. The results of the numerical modelling show that, in general, these constitutive models reproduce satisfactorily the experimental data. In the second subject, based on the flexural behaviour of real-scale SFRC slabs, geometry factors are proposed to compensate for the inaccuracies of the current constitutive models to reproduce the response of such elements. The study conducted on the modelling of the flexural behaviour of the slabs allowed identifying a favourable effect of the fibre orientation (fibre network effect) as the width of the slabs increased. The third subject covers a proposal of an analytical formulation to estimate the tensile stress-strain diagram of FRC from the results of the Barcelona test. The validation performed indicates the applicability of the new model to concrete with either steel fibres or plastic fibres. The last subject focuses on the post-cracking creep behaviour of SFRC, which is assessed by performing flexural tests under sustained load on pre-cracked small-scale beams. Based on the results, a simple model to predict the evolution of the creep coefficient with time is proposed.

  • A model for the nonlinear, time-dependent and strengthening analysis of shear critical frame concrete structures  Open access

     Santos Ferreira, Denise Carina
    Defense's date: 2013-03-22
    Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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    Nonlinear fibre beam models, due to its intrinsic simplicity and computational efficiency, are often an adequate alternative to the complex nonlinear plane and solid FE models for the assessment of entire frame structures. Nevertheless, simulations of structural concrete members undergoing relevant shear stresses cannot be performed by these models, as nonlinear shear effects and shear-bending interaction are neglected. In turn, the presence of shear stresses in cracked reinforced concrete (RC) elements leads to a rather complex resistant mechanism which numerical modelling is neither straightforward nor clearly established. Within this problematic, the formulation proposed in this thesis is an upgrade version of an existent flexural fibre beam model for the time-dependent analysis of segmentally constructed RC frames by taking into account the shear effects. The model is devised for the analysis of 2D RC and prestressed frame elements under combined axial, bending and shear forces. Shear-bending interaction is taken into account by means of a hybrid kinematic/force-based sectional approach. The key characteristics of the proposed model are: (i) at the material level RC is simulated through a smeared cracked approach with rotating cracks; (ii) at the fibre level an iterative procedure guarantees equilibrium between concrete and transversal reinforcement, allowing to compute the biaxial stress-strain state of each fibre; (iii) at the section level a uniform shear stress flow is assumed in order to estimate the internal shear stress-strain distribution and (iv) at the element level, the Timoshenko beam theory takes into account the deformation due to shear. As a result, the relevant attributes of the proposed formulation can be resumed as: (i) its capability for considering shear effects in both service and ultimate levels; (ii) the time step-by-step solution procedure enables taking into account the time-dependent response due to creep and shrinkage of concrete, temperature variations and relaxation of prestressing steel considering the multiaxial stress-strain state of the fibres and; (iii) the sequential type of analysis allows capturing the strengthening effects, accounting for the state of the structure prior to the intervention. The model is validated through experimental tests available in the literature, as well as through an experimental campaign carried out by the author. Accordingly, the capacity of the model to efficiently reproduce the behaviour of shear critical beams is demonstrated. The importance of including shear-bending interaction in the numerical analysis is underlined by comparing the results with the ones provided by the pure flexural basis model. The influence of transversal stresses on the time-dependent response of shear and bending dominant beams is also studied with the proposed model. Considering shear effects in modelling the time-dependent response of diagonally cracked RC and prestressed beams is found to be relevant. The proposed model is successfully used to predict the experimental results of a shear damaged and subsequently strengthened RC beam, available in the literature. An alternative strengthening solution for the damaged beam based on post-tensioned stirrups is numerically analysed. This technique showed to be effective to avoid brittle shear failure allowing for the development of all the flexural capacity of the repaired beam. The importance of considering previous damage in the numerical assessment of strengthened RC beams is revealed. Finally, the response of a dismantled prestressed concrete bridge, with deficient shear resistance, submitted to full-scale tests is successfully simulated with the proposed model. In addition, different strengthening proposals based on post-tensioning measures are studied for this bridge. In this manner, the capacity of the model to determine the safety of existent structures and to analyse the performance of strengthening measures is demonstrated.

    Los modelos de vigas, debido a su simplicidad inherente y eficiencia computacional, pueden ser alternativas adecuadas a complejos modelos de elementos finitos planos y sólidos. Sin embargo, el comportamiento de elementos estructurales de hormigón sometidos a fuertes esfuerzos cortantes, no pueden ser correctamente simulado mediante estos modelos, ya que no consideran los efectos no lineales del cortante y la interacción cortante-flexión. A su vez, la presencia del cortante en el hormigón armado fisurado da lugar a un complejo mecanismo resistente cuya modelización no está aún claramente definida. En esta tesis si propone un modelo de vigas que considera la no linealidad y el comportamiento paso-a-paso en el tiempo de estructuras porticadas de hormigón construidas evolutivamente teniendo en cuenta los efectos del cortante. El modelo se basa en una formulación existente de flexión y está concebido para el análisis de estructuras planas porticadas de hormigón armado (HA) y pretensado sometido a la acción combinada del esfuerzo axil, flexión y cortante. La interacción cortante-flexión si consigue mediante una formulación seccional basada en suposiciones mixtas de cinemática y fuerza. Las características clave del modelo son: (i) a nivel del material el HA se simula mediante una aproximación de fisuración distribuida rotacional; (ii) a nivel de la fibra un procedimiento iterativo garantiza el equilibrio entre el hormigón y la armadura transversal, permitiendo calcular el estado biaxial de tensiones y deformaciones en cada fibra; (iii) a nivel de la sección un patrón de tensiones tangenciales constantes estima la distribución interna de tensiones y deformaciones de cortante y (iv) a nivel del elemento se aplicada la formulación del elemento de viga Timoshenko. De este modo, los aspectos relevantes de la formulación propuesta se resumen en: (i) su capacidad para considerar los efectos del cortante en estados de servicio y últimos; (ii) el procedimiento paso-a-paso en el tiempo permite tener en cuenta la respuesta diferida debido a fluencia y retracción del hormigón, variaciones de temperatura y relajación del pretensado considerando el estado multiaxial de tensiones y deformaciones en las fibras y; (iii) el análisis secuencial permite evaluar los efectos del refuerzo teniendo en cuenta el estado de la estructura antes de la intervención El modelo se valida mediante ensayos experimentales disponibles en la literatura, así como, a través de una campaña experimental realizada por la autora, demostrando su capacidad para reproducir la respuesta de vigas críticas a cortante. La importancia de incluir la interacción cortante-flexión en el análisis numérico es destacada por medio de la comparación de los resultados con los proporcionados por el modelo básico de flexión. Con el modelo propuesto se estudia la influencia del cortante en la respuesta diferida de vigas dominadas por cortante y flexión. La consideración de los efectos del cortante es relevante en la modelación de la respuesta diferida de vigas de HA con fisuras diagonales y en vigas pretensadas. El modelo propuesto se compara con éxito con los resultados experimentales de una viga dañada a cortante y posteriormente reforzada mediante un recrecido de hormigón y armadura transversal. Adicionalmente, se analiza numéricamente otra solución alternativa de refuerzo basada en estribos pretensados. La importancia de considerar el daño previo de la viga reforzada queda demostrada en la evaluación numérica. Finalmente, se simula la respuesta de un puente pretensado desmantelado con deficiente resistencia a cortante y sometido a ensayos de carga a larga-escala. Son también estudiadas diferentes propuestas de refuerzo basadas en soluciones de pos-tensado. De este modo, se demuestra la capacidad del modelo para determinar la seguridad de estructuras existentes y analizar la eficiencia de las medidas de refuerzo.

  • Simplified method for the calculation of long-term deflections in FRP-strengthened reinforced concrete beams

     Mari Bernat, Antonio Ricardo; Oller Ibars, Eva; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Duarte Gomez, Noemi
    Composites Part B: Engineering
    Date of publication: 2013-02
    Journal article

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  • Analysis of remodelled and strengthened concrete bridge structures

     Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Moreno González, Rosángel; Alvarez Andrés, Juan Jesús
    fib Symposium: Concrete Structures for Sustainable Community
    Presentation's date: 2012-06-13
    Presentation of work at congresses

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  • Direct optimal design of partially prestressed concrete for controlled cracking or fatigue

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Duarte Gomez, Noemi
    fib Symposium: Concrete Structures for Sustainable Community
    Presentation's date: 2012-06-11
    Presentation of work at congresses

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  • The contribution of FRP laminates to the shear strength of Externally Bonded Reinforced (EBR) concrete structures

     Oller Ibars, Eva; Pujol Sanchez, Mireia; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Concrete Structures for Sustainable Community
    Presentation's date: 2012-06-13
    Presentation of work at congresses

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  • Effects of cyclic biaxial shear loading on the seismic response of RC columns

     Osorio Bustamante, Edison; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    World Conference on Earthquake Engineering
    Presentation's date: 2012-09-24
    Presentation of work at congresses

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  • Seismic response of reinforced concrete frames considering the influence of high shear stresses by means of a new numerical model

     Mohr, Stefen; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    World Conference on Earthquake Engineering
    Presentation's date: 2012-09-24
    Presentation of work at congresses

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  • Numerical simulation of the structural effects of the deterioration in concrete structures

     Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Oller Ibars, Eva; Fernández Pérez, Ignasi
    Concrete Structures for Sustainable Community
    Presentation's date: 2012-06-11
    Presentation of work at congresses

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  • Lateral behavior of concrete under uniaxial compressive cyclic loading

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Osorio Bustamante, Edison; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Materials and structures
    Date of publication: 2012-08-28
    Journal article

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    In reinforced concrete structures under seismic loading, concrete is subjected to compressive cyclic stress. Although cyclic stress¿strain response has been described before, the cyclic behavior of strains in the direction orthogonal to loading has not been characterized yet. Such behavior can be of great importance for evaluating the efficiency of the confinement under cyclic loading. For this purpose an experimental program on cylindrical specimens of concrete strength from 35 to 80 MPa subjected to uniaxial cyclic compression was carried out. Stress versus longitudinal and lateral strains curves have been obtained both for the hardening and softening branches under monotonic and cyclic loading. Governing parameters of the lateral behavior are identified and correlated to describe the response of the lateral strain. Additionally, an analytical model to obtain the lateral deformations of concrete under cyclic uniaxial compression has been formulated and verified experimentally. Finally, some examples are presented in order to illustrate the applicability of the proposed model and its possible incorporation into a 3D constitutive cyclic mode

    In reinforced concrete structures under seismic loading, concrete is subjected to compressive cyclic stress. Although cyclic stress–strain response has been described before, the cyclic behavior of strains in the direction orthogonal to loading has not been characterized yet. Such behavior can be of great importance for evaluating the efficiency of the confinement under cyclic loading. For this purpose an experimental program on cylindrical specimens of concrete strength from 35 to 80 MPa subjected to uniaxial cyclic compression was carried out. Stress versus longitudinal and lateral strains curves have been obtained both for the hardening and softening branches under monotonic and cyclic loading. Governing parameters of the lateral behavior are identified and correlated to describe the response of the lateral strain. Additionally, an analytical model to obtain the lateral deformations of concrete under cyclic uniaxial compression has been formulated and verified experimentally. Finally, some examples are presented in order to illustrate the applicability of the proposed model and its possible incorporation into a 3D constitutive cyclic model.

  • Efectos de los esfuerzos cortantes biaxiales en la respuesta sísmica de columnas de hormigón armado  Open access

     Osorio Bustamante, Edison
    Defense's date: 2012-12-14
    Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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    Durante un terremoto, las columnas de hormigón armado pueden verse sometidas a movimientos bidireccionales que pueden afectar su capacidad resistente y ductilidad. Sin embargo, las normas de diseño y evaluación sísmica no aportan recomendaciones explícitas para cuantificar el comportamiento de las columnas bajo dichas cargas. Esta investigación busca contribuir al análisis y cuantificación de los efectos de los esfuerzos cortantes biaxiales en la respuesta sísmica de columnas de hormigón armado. Con este objetivo, se realizó una recopilación del estado del conocimiento orientado a la revisión de los estudios experimentales y las estrategias de modelización numérica disponibles. De los estudios experimentales se concluyó que las columnas bajo cargas laterales bidireccionales ven reducida su capacidad resistente y ductilidad en comparación a las cargadas en una dirección. La deformación lateral del hormigón bajo cargas de compresión se ha estudiado pero no se encontró un modelo de su comportamiento bajo cargas cíclicas. En esta investigación, se estudió el comportamiento de la deformación lateral del hormigón mediante la ejecución de una primera campaña experimental en probetas cilíndricas de hormigón con cargas de compresión uniaxial cíclica. Con este estudio se aportaron curvas experimentales de tensión - deformación longitudinal y lateral con carga monótona y cíclica en hormigones de resistencia normal y alta. A partir de la interpretación de los datos experimentales, se propuso un modelo conceptual del comportamiento de la deformación lateral del hormigón. De forma paralela, se revisó y estudió el comportamiento de la deformación lateral del hormigón en un estado en compresión triaxial con base en resultados experimentales publicados en la literatura. Con las conclusiones de este estudio y el modelo conceptual en compresión uniaxial, se formuló un modelo analítico de la dilatancia del hormigón en compresión cíclica que se implementó en una ecuación constitutiva 3D. Los resultados se verificaron con los datos experimentales del hormigón en diferentes estados de compresión triaxial y diferentes materiales de confinamiento. Con la finalidad de alcanzar el objetivo general de la investigación, se diseñó, implementó y ejecutó una segunda campaña experimental en columnas con cargas unidireccionales y bidireccionales. Diez columnas circulares de hormigón armado se diseñaron y fabricaron con una disposición de armadura transversal insuficiente para que presentaran un nivel de ductilidad baja a media y un fallo por un mecanismo de cortante-flexión. Cuatro de estas columnas, fueron encamisadas con polímeros reforzados con fibras; dos con fibra de carbono (CFRP) y dos con fibra de aramida (AFRP). En los ensayos bajo carga bidireccional, la demanda de deformación en la armadura transversal fue mayor respecto al de carga unidireccional debido a que las deformaciones por esfuerzos cortantes y por la acción de confinamiento se acumulan. Las columnas con menor cuantía de armadura transversal y menor cuantía de FRP presentaron un incremento de la longitud de la rótula plástica. Dentro de esta investigación, se realizaron análisis de las columnas ensayadas con modelo seccional TINSA(Total-Interaction-Nonlinear-Section). El modelo seccional representa el decremento de resistencia y ductilidad y la mayor deformación de los cercos que se presentó en los experimentos con cargas bidireccionales. Por último, los efectos de los esfuerzos cortantes se analizaron a nivel material, seccional y de elemento. Se derivaron expresiones analíticas para considerar los efectos de los esfuerzos cortantes en el diagrama tensión-deformación del hormigón, la relación momento - curvatura y la longitud de la rótula plástica. Las expresiones analíticas encontradas se usaron en un modelo de análisis de rótula concentrada para obtener la curva de capacidad de la columna. Los resultados del modelo se corroboraron con los resultados experimentales de esta investigación.

    During an earthquake, reinforced concrete columns may be subjected to bi-directional displacements undermining their strength and ductility. However, the current codes for the seismic design and assessments of structures do not provide explicit provisions for the quantification of the effects of biaxial shear forces on the seismic response of reinforced concrete columns. This investigation is aimed at contributions to the analysis and quantification of the effects of biaxial shear forces on the seismic response of reinforced concrete columns. With this purpose, a state of the art review about the available experimental studies and numerical modeling strategies was performed. From the experimental studies, it is concluded that both the strength and ductility of the columns subjected to biaxial shear forces are reduced with respect to those subjected to uniaxial shear forces. The lateral deformation of concrete under compressive loads has been studied but has not formulated a model of its behavior under cyclic loading. In this research, a first experimental program on cylindrical concrete specimens subjected to cyclic compression was carried out in order to study the lateral deformation behavior. Experimental longitudinal stress- longitudinal and lateral strain curves, under monotonic and cyclic loading were provided, for normal and high strength concrete specimens. A conceptual model of the lateral behavior of concrete was proposed since interpretation of experimental data. Subsequently, the lateral behavior of concrete under a triaxial compression stress was reviewed and studied based on the experimental results available in the literature. Based on conclusions findings and using the conceptual model for uniaxial compression, an analytical model for the dilatancy of concrete under cyclic compression was formulated, which incorporate the above mentioned phenomena. The model was implemented into a 3D constitutive equation and their results were verified with experimental results under different triaxial stress states and different confinement materials. With the purpose of reaching the general objective of the investigation, a second experimental program on columns subjected to uniaxial and biaxial lateral forces and axial load was performed. Ten reinforced concrete circulars columns were designed and built, with an inadequate transverse reinforcement arrangement, providing insufficient ductility level so that a shear-flexure failure mechanism would take place. With the purpose of studying the behavior of strengthened columns under biaxial loading, four specimens were wrapped with carbon fiber reinforced polymers (FRP): two with carbon fiber (CFRP) and two with aramid fiber (AFRP). Under cyclic biaxial shear loading, the demand of strains in the transverse reinforcement was bigger than uniaxial loading because the strain by shear and the action of confinement were accumulated. The columns with smaller transverse reinforcement ratios and smaller FRP ratios showed increase of plastic hinge length. In this investigation, sectional analyses of the experimental behavior of the columns tested were performed with TINSA (Total-Interaction-Nonlinear-Section). The sectional model reproduces the decrement of strength and ductility as well as the greater strain in the hoops that was experimentally observed under biaxial tests. Finally, the effect of shear forces was analyzed at the material, section and structure levels. Analytical expressions were derived to consider the influence of the shear forces on the concrete stress-strain relationships, moment-curvature diagrams and on the plastic hinge length. The obtained analytical expressions were used in an analysis model of concentrated plastic hinges in order to obtain the capacity curve of the column. The model results were validated by comparing them satisfactorily with the experimental results presented in this investigation.

  • Structural Response of Precast Concrete Segmental Tunnel Linings  Open access

     Arnau Delgado, Oriol
    Defense's date: 2012-03-16
    Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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    The increasing use of the tunnel boring machines (TBMs) has entailed their own evolution and the improvement of the construction processes applied, allowing the construction of tunnels on more complex hydro-geological conditions. These new drilling facilities imply that higher ground and water pressures have to be resisted by the structural lining, turning its design into a key item in all current tunnel projects. TBMs construction process is mainly associated to precast concrete segmental tunnel linings, which are consisted of concrete rings sequentially placed as the tunnel drilling advances. Despite segmental tunnel linings are widely used, their structural response presents significant uncertainties due to the particular configuration on multiple precast pieces and the evolutionary construction process applied. The improvement and optimization of segmental tunnel linings, necessary to obtain safer structures at a lower cost, requires a significant advance in the knowledge of their structural response and about the appropriate techniques to properly reproduce it. This PhD thesis present the mechanisms and phenomena involved in the structural response of precast concrete segmental tunnel linings, detailing numerical modeling strategies to properly simulate them. The integration of all these techniques in a unique model allows the analysis of a real tunnel lining subjected to different scenarios, determining the influence and relevance of the main parameters defining a tunnel and its structural lining. Present research departs from an innovative in situ test carried out at Line 9 subway tunnel in Barcelona. The treatment and analysis of the obtained data provides experimental evidences about the structural response of segmental tunnel linings and the main involved mechanisms and phenomena. Different numerical simulation strategies are developed in order to properly reproduce such mechanism and phenomena, achieving a reliable simulation of an isolated ring response. The longitudinal response of the segmental concrete linings is obtained through the detailed study of the construction process applied and the ground-structure interaction mechanisms. The knowledge of the longitudinal force present at a segmental tunnel lining is of paramount importance in order to determine the interaction degree between adjacent rings and the consequent three-dimensionality of the lining response. Finally, the numerical simulation of a real tunnel section subjected to different scenarios of load and boundary conditions determines the influence of the three-dimensional effects on segmental concrete linings response, concluding about its structural implications in respect to the isolated ring approach usually employed in design processes.

  • Analysis of reinforced concrete elements strengthened by prestressed FRP laminates through non-linear and evolutive models

     Oller Ibars, Eva; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Congreso Nacional de Materiales Compuestos
    Presentation's date: 2011-07-06
    Presentation of work at congresses

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    In this paper a non-linear and time dependent evolutive analysis model, previously developed by the authors, is applied to the prediction of the response of reinforced concrete structures strengthened in flexure by FRP prestressed laminates throughout the elastic, cracked and ultimate ranges. The model considers the structural effects of changes in geometry, structural scheme, material properties and applied loads that may occur along the structure service life, including those due to strengthening.

  • Modelo de análise não linear e dependente no tempo de elementos viga de betão armado submetidos ao esforço transverso

     Ferreira, Denise Carina Santos; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Congresso de Métodos Numéricos em Engenharia
    Presentation's date: 2011-06-15
    Presentation of work at congresses

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  • Respuesta experimental de pilares bajo esfuerzos cortantes cíclicos en una y dos direcciones

     Osorio Bustamante, Edison; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-26
    Presentation of work at congresses

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  • Diseño no lineal de pórticos de hormigón armado

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Duarte Gomez, Noemi; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-25
    Presentation of work at congresses

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    La consideración del comportamiento no-lineal en el proyecto de estructuras puede hacerse mediante análisis lineal con redistribución limitada o mediante un proceso de prueba y error en el que se utilice un análisis no-lineal explícito. El primer método no siempre reproduce la capacidad de redistribución real mientras que la aplicación del segundo no es directa y rara vez se utiliza en la práctica. En este artículo se presenta el “diseño no-lineal” como un método de dimensionamiento de estructuras en Estado Limite Último con cualquier grado de redistribución plástica, definido a-priori, y que en caso de hacer un análisis no-lineal explícito el comportamiento obtenido es el asumido en proyecto. El método que se propone es directo y se basa en la superposición de dos cálculos lineales. Los resultados del método se validan mediante análisis no-lineal explícito obteniéndose resultados muy satisfactorios.

  • Comprobación de la seguridad a flexión de puentes continuos de hormigón pretensado

     Mari Bernat, Antonio Ricardo; Duarte Gomez, Noemi; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-25
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    En la comprobación de los Estados Límite en una estructura hiperestática de hormigón pretensado, es necesario conocer los esfuerzos procedentes de las cargas y procedentes del pretensado para afectarlos de sus correspondientes coeficientes de mayoración. Los esfuerzos hiperestáticos de pretensado (EHP), o de compatibilidad, pueden variar mucho con el grado de daño de la estructura, aunque no existe consenso sobre qué valor adoptar para tales esfuerzos en ELU, el cual va desde el valor calculado elásticamente, hasta un valor nulo. En esta ponencia se presenta una metodología para evaluar la variación de los esfuerzos hiperestáticos de pretensado en puentes continuos, bajo carga creciente, desde su rango elástico hasta la carga de rotura.

  • Refuerzo a cortante de vigas de hormigón armado, mediante laminados de polímeros reforzados con fibras (FRP)

     Pujol, Mireia; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Oller Ibars, Eva; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-27
    Presentation of work at congresses

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    En la actualidad, la aplicación de laminados de polímeros reforzados con fibras (FRP) en el campo de la reparación y del refuerzo de estructuras de hormigón resulta cada vez más frecuente. Si bien los mecanismos de rotura están bien definidos a flexión, no sucede lo mismo en el caso del cortante. De acuerdo con la base de datos experimentales recopilada por los autores, existe una gran dispersión entre los resultados obtenidos experimentalmente y los obtenidos analíticamente siguiendo recomendaciones o guías de diseño vigentes. Con el fin de identificar la contribución real a la resistencia a cortante de los laminados FRP, se ha planteado la realización de una campaña experimental de diez vigas reforzadas con laminados de fibra de carbono adheridos en forma de U. Se ha realizado una predicción de resultados aplicando las recomendaciones vigentes y se han comparado con las obtenidas mediante un modelo numérico de análisis no-lineal.

  • Respuesta sísmica de pórticos de hormigón armado con interacción cortante-axil-flexión

     Mohr, Stefen; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-26
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    Se presenta un nuevo modelo numérico desarrollado por los autores que permite reproducir adecuadamente la interacción entre las tensiones normales y tangenciales en análisis estáticos y dinámicos en estructuras de hormigón armado. Frente a modelos más complejos se aborda el problema 3D utilizando un elemento viga (1D) y un modelo seccional simplificado que utiliza coordenadas generalizadas para modelar la distorsión y alabeo de la sección. De esa forma, se tiene en cuenta la interacción cortante – flexión – axil. De esta manera se puede estudiar la influencia del cortante en la respuesta dinámica de pórticos, de cara a la evaluación de su comportamiento sismoresistente. Se analiza un pórtico de hormigón armado en el que se muestra los efectos del cortante en la resistencia, modo de rotura y ductilidad final de la estructura.

  • Efecto del ciclo de curado sobre el riesgo de fisuración de dovelas prefabricadas para revestimiento de túneles

     Crespo Garibay, María Delia; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Molins Borrell, Climent
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-26
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    En esta ponencia se analiza el efecto del curado térmico sobre la evolución de las temperaturas, velocidades de calentamiento y enfriamiento, tensiones y resistencias de las dovelas de hormigón para revestimiento de túneles, a fin de determinar que ciclo de curado es el más ventajoso. Para la simulación numérica se utilizan los datos de caracterización térmica y mecánica obtenidos en base a resultados de ensayos del hormigón presentados con anterioridad [1]. El análisis térmico permite verificar si un ciclo determinado cumple con las reglas de buena práctica en lo que se refiere a temperaturas máximas alcanzadas dentro de la dovela, y velocidades máximas de calentamiento y enfriamiento. Finalmente, el análisis mecánico permite verificar hasta el riesgo que la dovela fisure, comparando la evolución de la relación tensión/resistencia efectiva en el punto que tiene mayor riesgo de fisuración. Ello permite determinar el ciclo térmico más adecuado para obtener una resistencia en un plazo dado.

  • Análisis no lineal simplificado de vigas de hormigón armado sometidas a cortante: modelo numérico y validación experimental

     Ferreira, Denise; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-26
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    La presencia de fuertes esfuerzos cortantes en estructuras de hormigón armado da lugar a un comportamiento anisótropo y una cinemática alejada de la hipótesis de Navier Bernouilli, que requiere una modelización compleja. El modelo de vigas propuesto en esta ponencia permite captar la respuesta tenso-deformacional y el modo de rotura, en estructuras de barras de hormigón armado sometidas a flexión y cortante combinados. Esto permite abordar el análisis no lineal de estructuras completas con un bajo coste computacional. Para eso, son utilizados elementos tipo barra con deformación por cortante (Timoshenko), con la sección discretizada en fibras siendo asumida una distribución constante de la tensión tangencial en la sección. La validación del modelo ha sido realizada mediante ensayos experimentales disponibles en la literatura y también procedentes de una campaña experimental propia.

  • Método para el dimensionamiento de secciones parcialmente pretensadas con fisuración controlada o fatiga

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-25
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    Se dice que una estructura se proyecta con pretensado parcial cuando se permiten tracciones o fisuras de ancho limitado en secciones de hormigón pretensado. Actualmente, este dimensionamiento se reconoce como una solución muy adecuada ya que, sin excesivas compresiones en el hormigón, se pueden controlar las fisuras y tracciones en las armaduras en función de las necesidades específicas. Sin embargo, cuando se produce fisuración, la respuesta seccional es no lineal y el cálculo de las tensiones en los materiales requiere un proceso iterativo, lo cual resulta complejo en la práctica cotidiana. En esta comunicación se presenta un método para obtener el espacio de soluciones factibles de pretensado y dimensionar la armadura activa necesaria con sección fisurada. El método propuesto puede producir ahorros de la armadura activa superiores al 20% con respecto al método de Magnel en tensiones admisibles.

  • Dimensionamiento de estructuras de hormigón frente a solicitaciones combinadas de flexión y cortante

     Menduiña Montero, Raúl; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-26
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  • Nonlinear analysis of RC frame elements including shear effects

     Ferreira, Denise Carina Santos; Faria, Rui; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    International Conference on Recent Advances in Nonlinear Models
    Presentation's date: 2011-11
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  • Remando al viento: torres S.C.S. para generadores eólicos

     Montaner Fragüet, Jesús; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10
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    En esta ponencia se plantean algunos aspectos relevantes en el proyecto de torres eólicas de hormigón, enfatizando en las ventajas de la prefabricación y del postensado. Se presenta el concepto de una torre modular de hormigón prefabricado con postensado vertical y horizontal, con espesores estrictos y aprovechamiento máximo de los materiales, lo que facilita la construcción de elementos de máxima relación dimensión/peso, adaptable a cualquier altura y diámetros y resolviendo el problema de las torres mixtas hormigón-acero. Se presenta asimismo la primera torre construida de estas características, de tecnología exclusivamente española con patentes española y europea, extendida a gran numero de países no europeos, para un aerogenerador de 4,5 MW, palas de 60 m de longitud y altura total de la torre de 120 m. Se presentan así mismo algunos ensayos experimentales realizados para validar algunos aspectos del diseño de la torre.

  • Estudio experimental de la deformación transversal del hormigón bajo carga cíclica

     Osorio Bustamante, Edison; Jori García, Teresa; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Solé Solé, Josep Mª
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-26
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  • Comportamiento a tempranas edades de elementos de hormigón con restricción externa total

     Crespo Garibay, María Delia; Molins Borrell, Climent; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-26
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    Durante las primeras edades del hormigón se producen deformaciones termo-higrométricas las cuales, si son restringidas, sobre todo por coacciones externas, producen tracciones que pueden fisurar el hormigón. Un ejemplo típico es el caso de muros con empotramiento en su base. El objetivo del presente estudio es determinar las fuerzas que se producen en el momento de la fisuración en elementos con restricción total de las deformaciones a fin de poder analizar la exactitud de la hipótesis realizada en algunos códigos sobre el valor de los esfuerzos normales con los que se calcula la armadura mínima. Se realiza un estudio paramétrico a fin de distinguir la influencia que las diferentes variables (tipo de hormigón, tipo de encofrado, canto del elemento, edad de desencofrado) ejercen sobre el desarrollo de las temperaturas y tensiones dentro del elemento.

  • Simulación de la evolución de temperaturas a edades tempranas en una viga de hormigon armado de grandes dimensiones

     Crespo, María Delia; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Santos Ferreira, Denise Carina
    Mecánica computacional
    Date of publication: 2011-11-01
    Journal article

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  • Comportamiento del hormigón armado a tempranas edades. Efectos estructurales de las deformaciones impuestas impedidas.

     Crespo, Maria Delia
    Defense's date: 2011-07-12
    Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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  • Organización de ciudad, consumo energético y emisiones de carbono.

     Espelt Lleonart, Pere
    Defense's date: 2011-09-09
    Department of Transport and Highway Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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  • Nonlinear static and dynamic model for the analysis of reinforced concrete frames under high shear forces.

     Mohr, Steffen
    Defense's date: 2011-06-16
    Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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  • Encomienda de la Orden del Mérito Civil

     Mari Bernat, Antonio Ricardo
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  • Medalla al Mérito Profesional

     Mari Bernat, Antonio Ricardo
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    Efecto del enrollado y enderezado en las propiedades mecánicas de barras de acero de diámetro medio y grande fabricadas en rollo  Open access

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Ortega, H.; Rosa, Juan Carlos
    Materiales de construcción (Madrid)
    Date of publication: 2011-05-01
    Journal article

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    Las armaduras en rollo ofrecen grandes ventajas logísticas y medioambientales, por lo que tienden a fabricarse en diámetros medios y grandes. La fabricación introduce complejas historias de carga y temperatura produciendo tensiones residuales. En este artículo se presenta un estudio experimental y numérico sobre la incidencia en las propiedades mecánicas de las barras en rollo, principalmente en la ductilidad. La experimentación incluye fases de caracterización de las zonas del núcleo y corona de la barra, y la comparación entre barras rectas y barras enrolladas idénticas enderezadas en condiciones de laboratorio. El estudio numérico se basa en un modelo constitutivo de endurecimiento mixto y permite considerar la geometría real de la barra y las altas temperaturas involucradas. Se identifican los orígenes y distribuciones de las tensiones residuales y los principales efectos que se producen en las propiedades mecánicas. Finalmente, se recomiendan radios de rollos para controlar la pérdida de ductilidad. Reinforcing bars produced in coils offer important logistic and environmental advantages, for this reason there is a tendency to produce them in medium and larger diameters. Fabrication introduces complex load and temperature histories producing residual stresses. This paper presents an experimental and theoretical study of the incidence in the mechanical properties of reinforcing bars manufactured in coils, mainly in terms of ductility. Experimentation included phases of characterization of the core and crown regions of the bar, and comparison of straight bars and identical rolled bars straightened in laboratory conditions. Numerical study is based in a mixed-hardening constitutive model and allows considering the actual geometry of the bar as well as the high temperatures involved. The model identifies the origin and distribution of residual stresses and the main effects in the mechanical properties of the bars. Finally, recommendations are given regarding coil radius in order to control bar ductility.

  • Laminate debonding process of FRP-strengthened beams

     Oller Ibars, Eva; Cobo Del Arco, Diego; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Structure and infrastructure engineering
    Date of publication: 2011-01
    Journal article

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  • Predicting the response of FRP-strengthened reinforced-concrete flexural members with nonlinear evolutive analysis models

     Mari Bernat, Antonio Ricardo; Oller Ibars, Eva; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Journal of composites for construction
    Date of publication: 2011-10
    Journal article

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