Bairan Garcia, Jesus Miguel
Total activity: 74
Research group
TE - Structural Technology
Department
Department of Construction Engineering
School
Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)
E-mail
jesus.miguel.bairanupc.edu
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Scientific and technological production
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1 to 50 of 74 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.

  • Collapse of a precast concrete beam for a light roof: importance of elastomeric bearing pads in the element¿s stability

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Cladera Bohigas, Antoni
    Engineering failure analysis
    Date of publication: 2014-04
    Journal article

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    The importance of second order effects has been widely studied in slender concrete structures subjected to compressive stresses, although their effects are not generally taken into account in other fields of structural engineering; this is the case of the overall stability of structures flexible supports, as elastomeric bearing pads. In this paper, the collapse in construction of a 24.9 m span precast concrete Y-beam for the light roof of a sports hall is studied. The roof consisted of a series of these beams simply supported at each end by plain neoprene bearing pads. After a worker had climbed up to the last placed element, the element over-turned producing a partial collapse of the light roof. A simplified analysis, without considering second order effects, indicated that there was an over-turning safety factor (OSF) of 2.67. However, a more detailed analysis showed that with the bearing pad arrangement used, rotational stiffness was drastically reduced, causing the second order effects to gain importance. In spite of the OSF the safety of the element is shown not to be adequate. Upon considering the actual flexibility of the bearing and the large rotations, a reduction of the OSF to neutral equilibrium is explained. Sensitivity and probabilistic analyses are conducted in order to investigate the influence of each parameter and the most likely failure cause. A 90° plan rotation of the bearings would increase stiffness, remarkably reducing the second order effects and would achieve an OSF of 3.99 and a reliability index of 7.9.

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    Influencia de los cerramientos de fábrica en el comportamiento sísmico de edificios de hormigón armado  Open access

     Moreno González, Rosángel; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Hormigon y acero
    Date of publication: 2013-05
    Journal article

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    En España, la mayoría de los edificios de hormigón armado son de forjados reticulares y los cerramientos en estos edificios se suelen materializar con paredes de fábrica que rellenan los marcos entre pilares y forjados. Estas paredes no son portantes y, generalmente, no se considera su contribución resistente ante cargas gravitatorias. No obstante, ante acciones laterales (sismo o viento) la existencia o no de estas paredes puede influir en la respuesta de la estructura. El objetivo de este trabajo es conocer la influencia de la tabiquería en la respuesta sísmica. A partir de planos estructurales reales se define un edificio tipo de 8 plantas, se evalúa su capacidad y respuesta sísmica con y sin tabiquería mediante un análisis estático no lineal. Los resultados muestran la influencia de las paredes en el comportamiento de la estructura frente a cargas laterales, tanto en su rigidez como en su capacidad resistente. The seismic behaviour of a very common building typology in Spain, reinforced concrete (RC) frame buildings, is investigated. Usually, divisions in these buildings are made by means of non-bearing masonry infill walls. It is the traditional practice not to consider the contribution of these in the resisting mechanism, especially for gravitational loads. However, under lateral loading, such as wind or earthquake, the existence or not of these infill walls may significantly influence the structural response. The objective of this paper is to know the influence of masonry infill walls in the seismic response of RC buildings. Based on structural details of a series of real drawings, an 8 stories reference building was defined and by means of non-linear static analysis, structural response and capacity with and without infill walls are evaluated. The results shown that infill walls are determinant in the structural behaviour against lateral loads, both in terms of stiffness and resistance.

    En España, la mayoría de los edificios de hormigón armado son de forjados reticulares y los cerramientos en estos edificios se suelen materializar con paredes de fábrica que rellenan los marcos entre pilares y forjados. Estas paredes no son portantes y, generalmente, no se considera su contribución resistente ante cargas gravita- torias. No obstante, ante acciones laterales (sismo o viento) la existencia o no de estas paredes puede influir en la respuesta de la estructura. El objetivo de este trabajo es conocer la influencia de la tabiquería en la respuesta sísmica. A partir de planos estructurales reales se define un edificio tipo de 8 plantas, se evalúa su capacidad y respuesta sísmica con y sin tabiquería mediante un análisis estático no lineal. Los resultados muestran la influencia de las paredes en el comportamiento de la estructura frente a cargas laterales, tanto en su rigidez como en su capacidad resistente. The seismic behaviour of a very common building typology in Spain, reinforced concrete (RC) frame buildings, is inves- tigated. Usually, divisions in these buildings are made by means of non-bearing masonry infill walls. It is the traditional practice not to consider the contribution of these in the resisting mechanism, especially for gravitational loads. However, under lateral loading, such as wind or earthquake, the existence or not of these infill walls may significantly influence the structural response. The objective of this paper is to know the influence of masonry infill walls in the seismic response of RC buildings. Based on structural details of a series of real drawings, an 8 stories reference building was defined and by means of non-linear static analysis, structural response and capacity with and without infill walls are evaluated. The results shown that infill walls are determinant in the structural behaviour against lateral loads, both in terms of stiffness and resistance.

  • 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"

  • 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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  • 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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  • Access to the full text
    Assessment of the expected seismic damage in the aggregated masonry buildings of the late XIX century of Barcelona, Spain  Open access

     Moreno González, Rosángel; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    World Conference on Earthquake Engineering
    Presentation's date: 2012-09-24
    Presentation of work at congresses

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    This paper aims at the evaluation of expected seismic damage of aggregated masonry buildings system, formed by a line of buildings along of the street; real buildings were studied of whom structural drawings were available. Each structure was individually built without any gaps between them, producing interaction among the buildings under lateral loads. Numerical model consists of 7 buildings: 5 in-row with rectangular shape and 2 corners (in the intersection of two streets) with a pentagonal shape. Damage probability matrices were obtained from pushover analysis using the capacity and fragility curves. Seismic hazard is considered for the acceleration of Barcelona. Four damage states were considered: slight, moderate, extensive and complete (collapse). The results showed that aggregated system analysed presents slight damage in a hard soil while very extensive damage occur in soft soil, furthermore, the expected seismic damage is high considering the low seismic action of Barcelona.

  • 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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  • Generación automática de esquemas de bielas y tirantes considerando criterios constructivos

     Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Hormigon y acero
    Date of publication: 2012-04
    Journal article

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    El método de bielas y tirantes (BT) es de gran utilidad en el dimensionamiento a rotura de elementos de hormigón, particularmente en casos de regiones D donde las hipótesis clásicas de vigas y placas no son aplicables. Aunque el método viene recogido en muchas normativas modernas, existen al menos tres aspectos que limitan un uso más extendido en la práctica: no da información en servicio, la selección de esquemas factibles no es trivial en casos complejos y la solución no es única. En este artículo se propone un método que genera esquemas factibles de BT mediante el uso de análisis lineales y criterios de optimización para modificar la distribución de propiedades del material en la región de estudio. No es necesario disponer un armado inicial y permite considerar criterios constructivos; en particular, se aborda el de armado ortogonal. Se incluyen casos de estudio y ofrecen conclusiones y perspectivas futuras. Strut-and-Tie (ST) method is very useful in the Ultimate Limit State design of reinforced concrete elements, particularly in the case of D regions where beam and plate theories cannot be applied. In spite of being included in most modern design codes, there are at least three issues that limit a more extended use of this method in practice: it doesn’t provide information in service, the selection of suitable schemes is not trivial for complex cases and the solution isn’t unique. In this paper a novel method to produce suitable ST schemes is proposed by combining linear elastic analyses and optimization criteria. It is based on suitable modifications of the distribution of elastic parameters in the structural model. Without requiring initial distribution of reinforcement, it is capable of considering constructability conditions, particularly the condition of orthogonal reinforcement layout is considered in this paper. A series of case-studies are presented and analyzed; finally, conclusions are drawn.

  • Seismic assessment of the masonry buildings typical of Barcelona using the Risk-UE methodology

     Moreno González, Rosángel; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Revista internacional de métodos numéricos para cálculo y diseño en ingeniería
    Date of publication: 2012
    Journal article

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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.

  • Premio Egresado Destacado del INTEC

     Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Award or recognition

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  • 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
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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
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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.

  • Estudio comparativo de los métodos de diseño sísmico basado en fuerzas y desplazamientos aplicados a un edificio de hormigón armado de mediana altura

     Moreno González, Rosángel; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Huaman Cevallos, Victor
    Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural
    Presentation's date: 2011-10-26
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    Se presenta un estudio comparativo de dos métodos de diseño sismorresistente: Método Basado en Fuerzas y Método Basado en Desplazamientos, aplicados a un edificio porticado de hormigón armado de 6 pisos localizado en España en una zona de alta sismicidad. El edificio es dimensionado por ambos métodos para satisfacer los requisitos de aceleración basal y desplazamiento máximo de la normativa sísmica española. Para evaluar el comportamiento sísmico de ambos diseños se utiliza el Método del Espectro de Capacidad, que permite estimar la respuesta sísmica máxima de la estructura mediante un análisis estático no-lineal a partir del cual se obtienen los espectros de capacidad. Los resultados muestran que la estructura dimensionada mediante el método de las fuerzas no alcanza el nivel de ductilidad considerado y con el método de los desplazamientos alcanza la fuerza y el desplazamiento para la que fue dimensionada.

  • 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.

  • 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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  • Access to the full text
    Análisis del comportamiento sísmico de los edificios de obra de fábrica, típicos del distrito Eixample de Barcelona  Open access

     Moreno González, Rosángel; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Informes de la construcción
    Date of publication: 2011-12-15
    Journal article

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    En este trabajo se realiza un estudio para evaluar la vulnerabilidad y el riesgo sísmico de los edificios de obra de fábrica de ladrillo ampliamente existentes en el distrito Eixample de Barcelona, España. Los edificios analizados son reales y se dispone de planos e informes específicos. El análisis del riesgo sísmico se lleva a cabo mediante un método mecánico basado en el Método del Espectro de Capacidad. La demanda sísmica se define a partir del espectro elástico de respuesta definido por el Eurocódigo-8. Las curvas de fragilidad se obtienen a partir de un análisis no lineal, teniendo en cuenta los espectros de capacidad. El daño sísmico esperado se consigue con las matrices de probabilidad de daño. La modelización de los edificios se realiza con el programa TreMuri mediante un modelo de macroelementos. Los resultados obtenidos muestran una vulnerabilidad importante, teniendo en cuenta el escenario sísmico considerado, el riesgo sísmico esperado es alto. // In this work a study about the vulnerability and seismic risk of the unreinforced masonry buildings, widely, existent in the Eixample district of Barcelona, Spain, is carried out. The buildings, here, analyzed are real and detailed structural drawings and reports have been used to model them. The seismic risk is evaluated by means of a mechanical model, based in the Capacity Spectrum Method. The seismic demand is described by elastic response spectrum defined by the Eurocode-8. Fragility curves are obtained from a nonlinear analysis, considering the capacity spectra. Expected seismic damage is gotten with the damage probability matrices. The analysis of the buildings has been performed by TreMuri program by means of a macro-element model. The results shown a considerable vulnerability in this type of buildings, therefore, in spite of the seismic hazard, the expected seismic risk is significant.

  • Vulnerabilidad sísmica en edificios metálicos

     Moreno González, Rosángel; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Rodas, Wendel
    Hormigon y acero
    Date of publication: 2011-08-01
    Journal article

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  • Seismic performance analysis of the masonry buildings, typical of the Eixample district of Barcelona

     Moreno González, Rosángel; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Informes de la construcción
    Date of publication: 2011-11
    Journal article

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  • 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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  • 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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  • Colmena Destacada

     Bairan Garcia, Jesus Miguel
    Award or recognition

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  • Access to the full text
    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.

  • 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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  • Seismic damage assessment of waffled slabs RC buildings of Barcelona

     Moreno González, Rosángel; Bairan Garcia, Jesus Miguel
    International journal of architectural heritage
    Date of publication: 2011-10-17
    Journal article

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    The seismic damage of waffled-slabs reinforced concrete buildings in the city of Barcelona (Spain) is evaluated using Risk-UE methodology, which enables obtaining fragility curves of the structure in a simplified manner through capacity curves. The seismic hazard is described by means of the reduced 5%-damped elastic response spectrum specific to Barcelona. Capacity curves are obtained using a non-linear static analysis and are used to obtain the performance point and probability damage matrices corresponding to the specified seismic hazard. Four different buildings, representing most typical structure configuration used in the city, are studied based on detailed data from real structures. Despite low-to-moderate seismic hazard in the region, the results show that these buildings present a considerable seismic vulnerability and a relevant expected seismic damage due to its poor expected performance.

  • Modelling the response of reinforced concrete columns under biaxial bending, shear and axial forces

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Osorio Bustamante, Edison; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    International Conference on Computational Structures Technology
    Presentation's date: 2010-09
    Presentation of work at congresses

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    A full 3D cross-section model is described and used to evaluate the performance of concrete columns. By means of a particular functional equation which ensures internal equilibrium among fibres, and the consideration for warping and distortion, the model is capable of taking into account the 3D phenomena involved in biaxial shear loading and confinement of concrete structures. Case studies are analysed to demonstrate these capabilities involving shear, confinement and distribution of transverse reinforcement. Latter, the performance of poorly detailed concrete columns failing in shear or retrofitted by external FRP.

  • Trends and perspectives in non-linear analysis of concrete structures under complex three-dimensional load combinations

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mohr, Stefen; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    International Conference on Computational Structures Technology
    Presentation's date: 2010-09
    Presentation of work at congresses

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    In this paper two different modelling techniques are presented and applied to nonlinear analysis of concrete structures considering B-regions and D-regions. A cross-section model capable of considering 3D phenomena and stress-states at the cross-section level is shown and applied to simulate complex load conditions considering torsion, shear, confinement, etc. The model is accurate both in service and ultimate condition and is based on mechanical considerations. On the other hand, a model to assist the design of D-regions and propose strut-and-tie (SAT) schemes capable of considering some constructability aspects is also presented. Performance of D-regions design according to different SAT schemes is assessed through nonlinear analysis both in service and ultimate situations.

  • Long-term deflections in cracked reinforced concrete flexural members

     Mari Bernat, Antonio Ricardo; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Duarte Gomez, Noemi
    Engineering structures
    Date of publication: 2010-03
    Journal article

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  • Behavior of reinforced concrete under normal and tangential forces by means of Total-Interaction-Nonlinear-Sectional-Analysis (TINSA)

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Mari Bernat, Antonio Ricardo; Mohr, Stefen
    Informes de la construcción
    Date of publication: 2010
    Journal article

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  • EVALUACIÓN DE LOS EFECTOS DEL DETERIORO, REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS. MODELO TEORICO Y VERIFICACIÓN

     Bairan Garcia, Jesus Miguel; Oller Ibars, Eva; Etxeberria Larrañaga, Miren; Alegre Heitzmann, Vicente; Fernandez Perez, Ignasi; Pujol Sanchez, Mireia; Santos Ferreira, Denise Carina; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Participation in a competitive project

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  • REHABCAR: Rehabilitación de carreteras y autopista

     Casas Rius, Joan Ramon; Bairan Garcia, Jesus Miguel; Oller Ibars, Eva; Duarte Gomez, Noemi; Mari Bernat, Antonio Ricardo
    Participation in a competitive project

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