No presente trabalho, utiliza-se concreto com fibras de aço, traspasse de armaduras e chaves de cisalhamento para desenvolver uma ligação viga-pilar capaz de resistir a ações cíclicas e dinâmicas e que possa ser empregada na pré-moldagem de estruturas de casas de força de usinas hidrelétricas. Para atingir este objetivo, inicialmente foram realizados ensaios de caracterização dos materiais, cujos resultados mostraram aumentos de 34% na resistência à tração na flexão, 16% na resistência à compressão e 33% na tenacidade, comprovando os efeitos benéficos das fibras de aço nas propriedades mecânicas do concreto. Em seguida, foram realizados ensaios de tração em tirantes, cujos resultados sugeriram que um comprimento de 15Ø é suficiente para que a emenda desenvolva as tensões de aderência de modo adequado; e ensaios de cisalhamento, cujos resultados mostraram que a ligação viga-pilar resiste a tensões de cisalhamento direto de até 0,77 MPa. Na sequencia, foram realizados ensaios cíclicos em dois modelos cruciformes para caracterização da ligação (um monolítico e outro de concreto pré-moldado, o qual empregava concreto com 1% de fibras na região da ligação), sendo o carregamento aplicado em cinco níveis de força, cada um com dez ciclos de carregamento e descarregamento. Os resultados desses ensaios mostraram que a ligação do modelo em concreto pré-moldado apresentou 85% da resistência do modelo monolítico e ruptura governada por flexão. Por fim, os ensaios dinâmicos foram realizados nos modelos cruciformes em três diferentes situações (íntegros, fraturados e após ruptura da ligação) para estimar o coeficiente de amortecimento, o qual sofreu uma redução de 31% após o ensaio cíclico. Simulações computacionais foram realizadas para complementar a investigação realizada neste trabalho. Elas mostraram representação aceitável da rigidez, mas não da resistência do modelo. / In the present work, steel fiber reinforced concrete, splicing bars and shear keys are used in order to develop a beam-column connection able to support cyclic and dynamic loadings and which can be used in precasting power houses structures of power plants. To achieve this goal, tests were carried out to characterize the materials, which showed increases of 34% in flexural tensile strength, 16% in compressive strength and 33% in toughness factor, confirming the beneficial effects of steel fibers in mechanical properties of the concrete. Then, tensile tests were carried out on rods, whose results suggested that a length of 15Ø can assure appropriate development of bond stresses through the splice; and shear tests, whose results showed that the beam-column connection resists to shear stresses of up to 0,77 MPa on shear key. After, cyclic tests were performed in two cruciform models in order to characterize the beam-column connection (one monolithic and the other precast concrete, which employed 1% steel fiber reinforced concrete in connection region, being the loading applied in five loading levels, each one in 10 cycles of loading and unloading. Results of these tests showed that precast beam-column connection presented 85% of the strength presented by the monolithic model and bending failure. Finally, dynamic tests were performed in cruciform models in three different situations (uncracked, cracked and after failure) for estimating the damping ratio, which was reduced by 31% after cycles. Computer simulations were performed to complement the research developed in this work. They showed acceptable representation of stiffness, but the strength of the model.

Esta pesquisa apresenta um estudo de uma argamassa modificada para uso como elemento de ligação entre elementos de concreto pré-moldado. A argamassa utilizada nesta pesquisa é obtida pela introdução de látex estireno-butadieno (SB) e fibras de polipropileno a uma argamassa de cimento e areia. Estas adições modificam suas propriedades mecânicas, proporcionando o aumento da deformabilidade por diminuição do módulo de elasticidade do compósito, conferindo-lhe características favoráveis ao uso como elemento de apoio para elementos pré-moldados de concreto. Foram realizados ensaios de caracterização do compósito por meio da obtenção das resistências à compressão e à tração e, do módulo de elasticidade para corpos-de-prova cilíndricos com 50 mm de diâmetro com 100 mm de altura. Ensaios de capacidade de deformação, capacidade de rotação e capacidade de acomodação de imperfeições e distribuição das tensões foram realizados em almofadas de 150 mm x 150 mm com espessura de 10 mm. Os resultados mostraram que o material possui boa capacidade de se deformar em níveis de tensão da ordem de 10 a 20 MPa mantendo sua resiliência. Valores de rotações entre 0,01 e 0,02 rad foram obtidos nos ensaios, sendo estas maiores que os valores necessários para a maioria dos casos convencionais de projeto. Na acomodação e distribuição das tensões, a presença das almofadas promoveu uma melhora de 25% no desempenho de ligações submetidas à compressão uniforme, com rugosidades de 1,0 mm. / This research presents a study of a mortar modified to use as bearing pad between precast concrete elements. The mortar used in this research is achieved by the introduction of styrene-butadiene latex (SB) and polypropylene fibers into a cement mortar and sand, modifying their mechanical properties, as increase of the potential deformation by decrease of the composite modulus of elasticity, providing favorable characteristics to the use as bearing pad for precast concrete elements. Cylindrical samples of 50 mm of diameter with height of 100 mm were molded and tested to determination the compressive and the tensile strength and also the modulus of elasticity of the composite. Compression tests with cushions of 150 mm x 150 mm of base with thickness of 10 mm were done to determinate the deformation capacity, rotation capacity and capacity of accommodation of imperfections and distribution of the stresses between precast elements. The results showed that the material has a capacity to deform in levels of tension from 10 to 20 MPa maintaining his resilience. Values of rotations among 0,01 and 0,02 rad were obtained, being these larger ones than the necessary values for most of the conventional cases of project. In the accommodation and distribution of the stresses, the presence of the bearing pad promoted an improvement of 25% in the strength of connections subject to uniform compressive stresses, with surface irregularities of 1,0 mm.

Os sistemas pré-fabricados vêm conquistando espaço em todo o Brasil. Dentre eles, os pórticos planos de elementos pré-fabricados de concreto com sistema estrutural para telhado de duas águas, comumente denominados de galpões, tem sido amplamente aplicados. Os galpões, como a matona das estruturas pré-moldadas de concreto, apresentam suas ligações, em maior ou menor grau, deformáveis. Portanto, este trabalho refere-se ao estudo da deformabilidade de uma de suas ligações: a ligação viga-pilar executada através de consolo e chumbador, e da sua influência na distribuição dos esforços solicitantes destas estruturas. Neste sentido, foram realizadas simulações numéricas, com o emprego do Método dos Elementos Finitos e ensaios físicos. Através do ensaio físico realizado no modelo da ligação viga-pilar foi possível determinar sua deformabilidade à flexão e observar seu modo de ruptura. As simulações numéricas foram realizadas tanto para obter teoricamente o valor da deformabilidade à flexão da ligação em análise, como para avaliar sua influência no comportamento estrutural dos galpões pré-moldados. Com base nos resultados obtidos, foram elaboradas algumas recomendações de projeto para os galpões pré-moldados. / The use of precast concrete structures has increased in Brazil. Among them, the precast concrete portal frames with sloping beams have been extensively used in storehouses and commercial and industrial buildings. This type of portal frame, as the most precast concrete structures, has semirigid connections. So, this work deals with the study of the semi-rigid behavior of one beam-column connection type frequently used in these structures. In this kind of connection the beam rests on a corbel which has two projecting bolts connecting it. The aim of this thesis is also to determine the influence of the flexibility connection on the structure behavior. Numerical modeling applying the Finite Element Method and experimental tests were done to analyse these aspects. The test results of a beam-column model allowed the construction of the moment-rotation diagram and the failure mode observation. The numerical modeling was done to get the value of the connection flexibility and to study its influence on the precast concrete portal frame behavior. Based on the results some design recommendations were established.

No presente trabalho foram estudadas duas ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado com ênfase na deformabilidade ao momento fletor. A primeira é muito utilizada em galpões com sistema estrutural de pórticos para telhado com duas águas. A segunda é utilizada em estruturas de edifícios com múltiplos pavimentos. Foram realizados ensaios físicos em dois modelos de cada tipo de ligação. Com base nos resultados experimentais, foram propostos modelos analíticos, baseados no Método dos Componentes, e realizadas simulações numéricas, baseadas no Método dos Elementos Finitos, através dos quais determinou-se a curva momento-rotação das ligações em estudo. As curvas momento rotação teóricas, para as duas ligações estudadas, ficaram bastante próximas das experimentais. De acordo com os resultados, pode-se dizer que a primeira ligação teve um comportamento próximo ao de uma ligação perfeitamente rígida. Isso porque, para uma estrutura típica, ela transmitiu mais de 90% do momento equivalente ao de uma estrutura monolítica. A segunda ligação também garantiu uma boa transferência de momento fletor. Observou-se que, ao considerar a semi-rigidez dessa ligação na análise estrutural, há uma redução significativa no momento na base dos pilares mais solicitados, o que permite uma redução na armadura dos pilares e nas dimensões da fundação / The present research deals with the study of two types of precast beam-to-column connections with emphasis on the deformability analysis. The first one is extensively used in precast concrete portal frames with sloping beams. The second one is used in multi-storey framed structures. Experimental tests on two models of each type of beam-to-column connections were done. Based on the experimental results, analytical models, based on the Component Method, were proposed and numerical simulations, based on the Finite Element Method, were developed, which provide the moment-rotation curves of the studied connections. The theoretical moment-rotation curves, for both studied connections, are in good agreement with the experimental ones. According to the results, the first connection had almost the same behaviour of a rigid one. It transmitted about 90% of the bending moment of an equivalent monolithic structure. The second connection also transmitted a good portion of bending moment. It was observed that when its semi-rigidity is considered on the structural analysis there was a significant reduction on the column base bending moment and on the foundation dimensions

A fim de prever mecanismos para o controle dos danos impostos pela corrosão faz-se necessário deter ferramentas e conhecimento suficientes para entender os efeitos desta manifestação patológica sobre o comportamento mecânico do concreto armado. Nos últimos anos tornou-se crescente a utilização da modelagem numérica na simulação da degradação causados pela corrosão, graças ao baixo custo necessário à sua fomentação. Sabendo disso, nesta pesquisa foi desenvolvido um modelo numérico para a simulação em nível mesoscópico da expansão do concreto armado devido à formação de produtos de corrosão. O modelo desenvolvido é baseado no Método dos Elementos Finitos Posicional (MEFP) sob formulação Lagrangiana total, considerando material elástico isotrópico, com lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff e comportamento não linear geométrico. Para a representação das armaduras e dos produtos de corrosão, os quais estão inseridos na matriz de concreto, empregam-se elementos finitos lineares (fibras) ou planos (partículas) acoplados à malha de concreto por meio da técnica de embutimento. O comportamento dos produtos de corrosão é descrito por meio de formulações existentes na literatura, utilizando modelos analíticos relacionados a parâmetros intrínsecos ao fenômeno da corrosão e ao tempo de propagação. Os resultados encontrados neste trabalho apontam a eficiência do modelo desenvolvido e a sua aplicabilidade frente à simulação do comportamento mecânico de estruturas de concreto armado sujeitas à corrosão uniforme. / In order to provide the mechanisms for corrosion damage control, it is necessary to own sufficient software tools and knowledge for understanding the effects of this pathologic manifestation on the mechanic behavior of the reinforced concrete. In recent years it has become expanding the utilization of numeric modeling in the simulation of degradation arising from corrosion, thanks to low-cost of its fomentation. Knowing that in this research was designed a numeric model for a simulation at the mesoscopic level of the reinforced concrete because of the corrosion products. The designed model is based on the Finite Element Method (FEM) using the total Lagrange formulation, considering an elastic isotropic material, with a constitutive law of Saint-Venant-Kirchhoff and a behavior nongeometric linear. For a representation of the reinforcements and of the corrosion products (rust), which are inserted in the concrete matrix, it is used finite linear elements (fibers) or planes (particles) attached to the matrix of concrete through the technic embodiment. The products corrosion behavior is described by the formulations found in the literature, using analytical models related to parameters intrinsic to the corrosion phenomenon and to propagation time. The observed results in this work point out to the efficiency of this developed model and its applicability in view of the mechanical behavior of reinforced concrete structures liable to uniform corrosion.

In inspections of buildings, it is increasingly common to come across buildings and infrastructure works, long before they reach their useful life, are already in need of repair and reinforcement, or collapsing. This study examined the bond between concrete of different ages and between steel and concrete. Three types of treatment interface between the concrete of different ages were compared by evaluating bond. It was also evaluated the bond between steel and concrete, when the bar was inserted into the fresh concrete and when it was inserted by drilling and bond of epoxy bridge. Still, we analyzed the influence of adhesion between concrete on flexural strength. Two concrete mixtures, one for the substrate (older) and then recovery (age) measured for fck 30 MPa and 35 MPa, respectively, were measured. The bond between the two types of concrete was measured using tests that forced the interface tensile stresses, oblique shear and vertical shear. Flexural strength of the specimens constituted of two types of concrete bridges with mortar and epoxy adhesion was measured. The specimens, partially composed of concrete substrate were cured and left to air for a few months. Subsequently, received three different surface treatments: brushing, brushing or equal to that of mortar concrete substrate and brushing and epoxy layer. They were then supplemented with concrete recovery subjected to curing by immersion in water and tested. For the analysis of bond between steel and concrete, the pullout test was performed from the inserted bars in concrete. When comparing the results of tests of adherence of specimens received only brushing whose interfaces with the interfaces of the specimens that received besides brushing, layer of mortar and epoxy bridge, there was an increase in bond strength, respectively, 15% and 37 % for the adhesion test by indirect tensile, 4% and 12 % for the adherence test by oblique shear and 108% and 178 % for the vertical shear test. For the bending test, there was an increase of 41 % in modulus of rupture, when comparing the results of the test piece which received brushing and epoxy layer which received brushing and mortar layer. When were related values of the specimens of the pullout test (Pull out) who had the steel rod inserted in the concrete in the hardened state with epoxy adhesion bridge with those who had the steel rod inserted in the concrete still fresh , not observed significant loss (about 0.52 %). / Em inspeções de construções, é cada vez mais comum se deparar com edificações e obras de infraestrutura que, muito antes de atingirem sua vida útil, já estão necessitando de reparos e reforços, ou entrando em colapso. O presente trabalho analisou a aderência entre concretos de diferentes idades e entre o aço e o concreto. Foram comparados três tipos de tratamento da interface entre concretos de diferentes idades, avaliando-se a aderência. Foi avaliada, também, a aderência entre aço e concreto, quando a barra foi inserida no concreto fresco e quando foi inserida por furação e ponte de aderência de epóxi. Ainda, foi analisada a influência da aderência entre concretos sobre tensão de ruptura à flexão. Foram dosados dois traços de concreto, um deles para o substrato (maior idade) e outro de recuperação (menor idade) dosados para fck de 30 MPa e 35 MPa, respectivamente. A aderência entre os dois tipos de concreto foi medida através de ensaios que solicitaram a interface com esforços de tração, cisalhamento oblíquo e cisalhamento vertical. Foi medida a resistência flexão de corpos de prova constituídos pelos dois tipos de concreto, com pontes de aderência de argamassa e epóxi. Os corpos de prova, parcialmente compostos por concreto de substrato foram curados e deixados ao ar por alguns meses. Posteriormente, receberam três tratamentos superficiais distintos: escovação; escovação e camada de argamassa igual à do concreto de substrato e escovação e camada de epóxi. Foram, então, complementados com concreto de recuperação, submetidos à cura por imersão em água e ensaiados. Para a análise da aderência entre aço e concreto, foi realizado ensaio de arrancamento das barras inseridas no concreto. Ao comparar os resultados dos ensaios de aderência dos corpos de prova cujas interfaces receberam somente escovação, com as interfaces dos corpos de prova que receberam além de escovação, camada de argamassa e ponte de epóxi, observou-se um aumento na resistência de aderência, respectivamente, de 15% e 37% para o ensaio de aderência por tração indireta; de 4% e 12% para o ensaio de aderência por cisalhamento oblíquo e de 108% e 178% para o ensaio de cisalhamento vertical. Para o ensaio de flexão, observou-se um incremento de 41% no módulo de ruptura, ao comparar o resultado do corpo de prova que recebeu escovação e camada de epóxi com o que recebeu escovação e camada de argamassa. Quando foram relacionados os valores dos corpos de prova do ensaio de arrancamento (pull out) que tiveram a barra de aço inserida no concreto no estado endurecido com ponte de aderência epóxi, com os que tiveram a barra de aço inserida no concreto ainda em estado fresco, não se percebeu perda significativa (cerca de 0,52%).

O presente trabalho trata do estudo do comportamento de chumbadores grauteados inseridos em concreto com fibras de aço em ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado. Este estudo é importante para se entender e poder quantificar a influência da rigidez deste componente no comportamento de ligações semirrígidas de estruturas de concreto pré-moldado. O objetivo do trabalho é estudar o mecanismo do chumbador no concreto com fibras de aço em ensaios específicos e avaliar também o comportamento de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando estas fibras no consolo e no dente da viga. Nesta pesquisa foi realizado um programa experimental no Laboratório de Estruturas da EESC, uma análise numérica com o emprego do software DIANA® e uma comparação com formulações analíticas existentes para o cálculo da força última destes componentes. Foram ensaiados nove modelos experimentais para avaliar especificamente o mecanismo resistente do chumbador, variando-se os diâmetros das barras, sua inclinação e a porcentagem de fibras de aço no concreto. Além destes modelos, foi realizado ensaio de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado para avaliar a rigidez da ligação com chumbador inserido em concreto com fibras de aço. Nos ensaios experimentais dos chumbadores observou-se que modelos com concreto com fibras de aço apresentam rigidez até 25% maior se comparado ao modelo com concreto convencional. Verificou-se que o graute utilizado para solidarizar os chumbadores exerce significativa influência na capacidade última do modelo, podendo diminuir em cerca de 30% a capacidade de carga. A ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando concreto com fibras de aço no consolo e no dente da viga se comportou de maneira satisfatória, não apresentando fissuração na interface dos diferentes concretos. Na comparação dos modelos ensaiados com as formulações teóricas extraídas de trabalhos de referência verificou-se que, para os modelos específicos de chumbador, a formulação existente é representativa. Para a ligação viga-pilar, alguns ajustes na formulação analítica se fizeram necessários para considerações de efeitos de grupo e de borda observados e decorrentes da utilização de dois chumbadores na ligação proposta neste trabalho. / This research deals with the study of the behavior of grouted dowels embedded in concrete with steel fibers. This study is important to understand and quantify the stiffness transmitted by this component in a semi-rigid connection of precast concrete structures. The objective is to study the mechanism of the dowel in the concrete with steel fibers and evaluate the mechanical behavior of a precast beam-column connection using this type of concrete on the corbels and in the dapped-end beam. In this research, an experimental program in the EESC Structures Laboratory was carried out, as well as a numerical analysis with the use of DIANA® software and a comparison with existing formulations to calculate these components. Nine models were experimentally tested to specifically evaluate the dowel resistant mechanism by varying the diameters of the bars, the declination and the percentage of steel fibers in concrete. Furthermore, an experimental test was performed in order to evaluate the behavior of the connector. The results indicate that for the dowels with concrete and steel fibers, the ultimate capacity of the connection occurs by failure of the connector (excessive deformation of the bars), while in conventional concrete this capability is associated with the rupture of the concrete and that the concrete with steel fibers decreases by 25% the deformability of the models. The grout has a significant impact on the ultimate capacity of the model, which may increase in less than 30%. In the analysis of the beam-column connection, it is possible to observe that the proposed connection exceeds by more than 20% the ultimate capacity compared to traditional beam-column connections. In comparing the theoretical models tested with the formulations shown by previous studies, it was found that for specific models dowels, the existing formulation is representative. For the beam-column connection, adjustment was performed in the previous formulation considerations group and edge effects that occur due to the use of two dowels on the tested connection.

Este trabalho verifica, por meio de análises numérico-paramétricas de lajes nervuradas, o quanto a desconsideração (ou a consideração de maneira simplificada) da excentricidade existente entre os eixos das nervuras e o plano médio da capa influencia nos resultados de deslocamentos e esforços atuantes nas peças que compõem estes sistemas. Foram apresentados os conceitos teóricos relativos à cada modelo de cálculo permitido pelas normas técnicas, e foram realizadas análises considerando variações nos seguintes parâmetros: relação entre a altura da capa e a altura total da laje nervurada; relação entre a distância entre os eixos das nervuras e a distância entre os pontos de apoio, e espaçamento entre os eixos das nervuras. Os diferentes modelos mecânicos foram analisados utilizando o método dos elementos finitos, por meio do programa computacional ANSYS 5.5, considerando-se um comportamento elástico-linear para o material concreto armado. Foram relacionados aspectos importantes a serem observados na escolha do modelo adequado, de acordo com os parâmetros analisados, para serem aplicados nos escritórios de cálculo. Verificou-se a necessidade da consideração da excentricidade, seja por modelo realista, ou por modelos simplificados, para a obtenção de resultados numéricos mais próximos do comportamento da estrutura real. / This work verifies, through parametric-numerical analysis of slabs stiffened with ribs, how much the disregard (or regard in a simplified way) of the existent eccentricity between the axis of the ribs and the medium plan of the plate influences on the results of displacements and acting efforts over the parts wich make the system. The theorical concepts related to each model of calculation allowed through technical codes have been presented, and, analysis have been made considering variations in the following parameters: relation between plate height and total height of the waffle slab; relation of distance between the axis of the ribs and the distance between the supporting points, and the gap between the axis of the ribs. Different mechanical models have been analysed using the finite element analysis, through the computer program ANSYS 5.5, considering an elastic-linear behaviour for the reinforced concrete material. Important aspects have been disclosed and should be carefully looked into for an adequate model choice, according to the analysed parameters to be applied in the design\'s offices. The need for eccentricity consideration has been verified, be it by using a realistic model or by simplified models, for close numerical results gathering of the real structural behaviour.

Ces travaux ont pour but d'étudier le comportement mécanique de structures précontraintes et d'évaluer l'influence de la technologie de précontrainte utilisée : précontrainte par torons adhérents, précontrainte par torons non-adhérents TGG. Le champ d'application final porte sur l'analyse de la sûreté et de la durabilité des enceintes de confinement de centrales nucléaires. L'attention est alors portée principalement sur le comportement à la fissuration du béton et au rôle de la liaison mécanique torons de précontrainte-structure.La démarche proposée se décompose en trois étapes successives. Elle débute par la caractérisation expérimentale des mécanismes de dégradation à l'échelle de la structure (essais de flexion 4 points sur poutres précontraintes) et à l'échelle locale du matériau (fissuration, déformations différées du béton, liaisons armatures passives-béton et torons-structure par des essais d'arrachement et de traction sur tirants). Une instrumentation multiple (CIN, fibres optiques) favorise la robustesse de la démarche. Des modèles numériques sont ensuite développés pour décrire les mécanismes caractérisés expérimentalement. Un intérêt particulier est porté à la modélisation mésoscopique de l'interface armatures-béton et macroscopique de l'interface torons-coulis d'injection. L'utilisation des différents modèles, couplée à la prise en compte de l'évolution temporelle des déformations différées du béton, favorise une analyse prédictive du comportement des structures étudiées.L'application à une tranche d'enceinte de confinement permet de prédire l'influence de la technologie de précontrainte utilisée sur le comportement à la fissuration de la structure. / This work aims to study the mechanical behavior of partially prestressed structures and to evaluate the influence of the post-tensioning system: bonded tendons, individual unbonded greased and sheathed strands. Under the scope of the safety and durability of nuclear containments, specific attention is devoted to the concrete cracking behavior and to the role of the mechanical tendons-structure bond. The proposed approach is divided into three successive parts. It starts with an experimental study of damage mechanisms at the structural level (4-point bending tests on prestressed concrete beams) and at the local scale (cracking, delayed strains of concrete, reinforcement-concrete bond, tendons-structure bond with pull-out tests and tension tests on reinforced concrete ties). The used instrumentation (DIC, optical fibers) allows for the robustness of the approach. Numerical models are then developed, based on the previous characterized mechanisms. A particular interest is focused on the meso-modeling of the reinforcement-concrete interface and on the macro-modeling of the tendons-injected grout bond. The use of the developed models, considering in parallel the influence of the evolutive delayed strains of concrete, provides a predictive analysis of the mechanical behavior of the studied prestressed structures. A final application to a part of a nuclear containment offers an accurate prediction of the influence of the post-tensioning system on the cracking behavior of the structure.

Concrete has established itself as the most widely used structural material. There is hardly any place where human life and concrete structure do not exist together. It's use is seen in wide variety of structures like buildings, bridges, dams, nuclear structures, floating and submerged structures and so on. Hence, in view of safety, serviceability and economy, proper understanding of the behaviour of concrete is imperative in designing these complex structures. Current reinforced concrete codes are based on strength and serviceability concepts. The tensile strength of concrete is totally neglected in the limit state method of analysis. The concrete in tension is assumed to be fully cracked and conservative method of design is adopted. The crack causes a considerable degradation of stiffness of overall structure and gives rise to regions of stress concentration, which are not accounted for, in the present design methods. Besides, it is found that the size of the structural component significantly influences the stress at failure. It has been fairly well established that large specimens fail by catastrophic crack propagation while small specimens tend to fail in a ductile manner with considerable amount of slow crack growth preceding fracture. Initial attempts to understand the cracking of concrete through the principles of fracture mechanics was made in 1960's. It was concluded that the LEFM and small scale yielding fracture mechanics which are developed for metals are inapplicable to concrete structures except for certain limiting situations such as the behaviour at extremely large sizes. The reasons for the inapplicability of LEFM principles to concrete structures are attributed to slow crack growth, formation of nonlinear fracture process zone, and softening behaviour of concrete in tension. Several analytical and numerical models have been proposed to characterize the fracture behaviour of concrete. In the present work a simple numerical method is proposed to analyse the Mode-I fracture behaviour of concrete structures, using finite element method. The stiffness matrices calculated at the beginning of the analysis are used till the end without any modification. For this reason, the method is named as Initial Stiffness Method (ISM). An attempt has also been made to modify the lattice model existing in literature. The contents of the thesis are organised in six chapters. In chapter 1, a brief introduction to basic principles of fracture mechanics theory is presented. This is included mainly for the completeness of the thesis. In chapter 2, a brief review of literature regarding the application of principles of fracture mechanics to concrete structures is presented. The need for the introduction of fracture mechanics to concrete is presented. Early work, applying LEFM principles to concrete structures is discussed. The reasons for the inapplicability of linear elastic fracture mechanics principles to concrete structures are discussed. Necessities for nonlinear fracture mechanics principles are pointed out. Attention is focused on the influence of the factors like slow crack growth, formation of nonlinear fracture process zone and softening behaviour of concrete in tension on the fracture behaviour. Besides a possible use of fracture energy as an alternative fracture criterion for concrete is contemplated. Several analytical and numerical models (assuming concrete as homogeneous continuum), proposed so far to characterize the fracture behaviour of concrete, are presented and discussed in detail. Different heterogeneous models presented so far are also discussed. In chapter 3, a simple numerical method to analyse the fracture of concrete (strain softening material) in Mode-I, using FEM is proposed. The stiffness matrices are generated only once and are used till the end of the analysis. This feature makes the model simple and computationally efficient. A new parameter namely, strain softening parameter α has been introduced. It is found that this strain softening parameter ‘α’ is a structural property. The results obtained from the present method are found to converge with increasing number of elements thus making the method mesh independent, and thus objective. The method was validated by analysing the beams tested and reported by various researchers. The predicted values of maximum load by the present method are found to agree well with the experimental values. Initially, all the beams are analysed using uniform meshes and load-deflection diagrams are plotted. All the beams are again analysed using graded meshes. The load-deflection, load-CMOD diagrams are plotted from the results obtained from the analysis using graded meshes. In chapter 4, the results obtained in chapter 3 are analysed for size effect. Literature regarding size effect of concrete structures has been reviewed. In addition to the size effect on nominal stress at failure which exists in literature, two new parameters namely, post peak slope and softening slope parameter α have been used to confirm the size effect. This does not exist in the literature. In chapter 5, an attempt is made to modify the lattice model existing in literature. This is done with a view to model concrete as a heterogeneous medium, which would be nearer to reality. The softening property of concrete has been incorporated. The model was validated against some of the experimental results existing in literature. The results are found to be encouraging. The results from this model show the post peak softening similar to the experimentally observed ones. The effects of different probabilistic distributions to the properties of mortar on the maximum load of the beam are studied. It is found that normal distribution of properties to mortar gives the best results. A study is made regarding the sensitivity of various properties of mortar on the maximum load of the beam. It is concluded that load carrying capacity of the beam can be increased by using a mortar of higher tensile strength. Finally in chapter 6, general conclusions and suggestions for further investigations are discussed.