This paper presents a new, effective torsional constant for thin-waled open beams under concentrated and uniformly distributed torques. The proposed constant can be used directly, instead of the St. Venant torsional constant, for any generic comemrcial finite-element program, without modifying the algorithm. The derived torsional constant accounts for both the pure torsion and the warping torsion, and is equal to the St. Venant torsion constant times a correction factor. It is also shown, in the case of the St. Venant torsion, that the derived constant is identical to the torsional constant. The derived effective torsional constant is different from the one given by Elhelbawey et al. The pure torsional shear stress, the warping shear stress, and the warping normal stress were also determine d, using the maximum twisting angle. The accuracy of the proposed torsional constant was validated by comparing the numerical results with the closed-form solutions or other numerical results available in the literature.
The current ACI design code does not take into account the contribution of concrete for the torsional moment of reinforced concrete(RC) beams subjected to pure torsion. This code is not capable of evaluating the inter-effects between concrete and torsional reinforcement on the torsional resistance of the RC beams. Some test results indicated that the current ACI code was not successful in predicting the observed torsional moment of the RC beams with reasonable accuracy. The research reported in this paper provides an evaluation equation to predict the torsional moment of the RC beams subjected to pure torsion. The proposed equation is derived from the equilibrium as well as compatibility equations of the truss model for the cracked RC beams. Comparisons between the observed and calculated torsional moments of the 66 tested beams, showed reasonable agreement.
This paper presents the results of an analytical and experimental study on the performance of reinforced concrete beams subjected to pure torsion. The main parameters of the experimental tests were amount of torsional reinforcement and the ratio of the transverse torsional reinforcement to the longitudinal torsional reinforcement. The test results indicated that the maximum amount of torsional reinforcement required in ACI 318-05 code underestimated almost twice as much as the observed maximum amount of torsional reinforcement. Comparisons between the tested and calculated torsional behaviors of the 102 beams showed that the torsional failure modes of ACI 318-05 code disagreed with the observed failure modes. In addition, the torsion provisions in ACI 318-05 code overestimate the torsional strength of the RC beams in which relatively large amount of torsional reinforcement were reinforced, while underestimate for the beams with small amount of torsional reinforcement. This discrepancy between the theoretical ultimate torsional strength as given by the ACI 318-05 code and the experimental one can be due to neglecting the tension stiffening effect and the contribution of the torsional strength by concrete.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.1
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pp.173-182
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2006
In the design of curved girder bridges, the engineer is faced with a complex stress situatiorl. since these types of mutiple-I girder. mono-box girder and twin-box girder are subjected to both bending and torsional force. In general, the torsional forces consist of two part, St. venant's and warping. Thus the procedure for determining the induced stresses in a curved girder is difficult. The transfer matrix method is extensively used for the structural analysis because its merit in the theoretical background and applicability. The technique is attractive for implementation on a numerical solution by means of a computer program coded in Fortran language with a few elements. To demonstrate this fact. it gives good results which compare well with finite difference method. Therefore, in this paper, to clarify the range where the torsional warping stress can be approximated by pure torsional analyzed a critical value of relationships between the torsional stress ratio and torsional ratio.
The general behavior of curved girder including the warping effects is formulated by series of differential equations postulated by Vlasov. In order to determine the maximum shear force, the maximum bending moment, the maximum pure torsion, the maximum warping torsion, and the maximum bimoment for the curved girder grid bridges, it is important to find the location of live load applied to the curved girder grid bridges, so that the influence line can be estimated. In this paper, the influence line of shear force, bending moment, pure torsion, warping torsion, and bimoment due to unit vertical load and unit torsional moment for curved I-girder grid bridges are obtained by using the finite difference method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.2
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pp.125-133
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1988
To establish the rational design method, it is very important that predict accurately load-deformation response on reinforced concrete members. Torque-twist curves of reinforced concrete members in pure torsion were proposed recently by Collins and Hsu, etc. But, it is found that torsional strength of reinforced concrete members based on Hsu's theory is underestimated in the over-all load region except the ultimate state. In this paper, an attempt is made to present the higher-precision of torsional strength on arbitrary loading condition. For this purpose, constitutive equations are derived from which an estimate can be made of the torsional behavior of reinforced concrete members under the pure torsion. Tension stiffness of concrete in both the cracked and uncracked state have been considered. A softening effect that reduces the strength of the concrete by the diagonal cracking of concrete have been appropriately deliberated. Particularly, the experiments was done with 14 test beams to investigate the validity of theoretical analysis.
This paper proposes equations for balanced-steel ratio to predict the failure types in reinforced concrete beams under pure torsion. Equations are theoretically derived using a space truss model and considering a softening effect which reduces the strength of concrete due to the diagonal crack.
To investigate the validity of the proposed equations, experiments were conducted with 13 specimens. Corre¬lation between predicted failure types by balanced - steel ratio and the experimental results in the literature was good. but not for beams tested in this paper.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.1103-1108
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2001
ACI 318-99 predicts the torsional moment of reinforced concrete members by assuming that the angle of diagonal compressive concrete is equal to 45 degree. However, this angle depends on the difference of longitudinal and transverse steel ratios. This paper compares the torsional moments calculated by ACI 318-99 code and a truss model considering compatibility of strains. The comparison indicated that the torsion equation in ACI code underestimated the real torsional moment of reinforced concrete beam in which the ratio of longitudinal reinforcement was larger than that of transverse reinforcement.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1991.10a
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pp.51-58
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1991
In staically indeterminate structures torsional stiffness is an important factor for prediction of mechanical behavior at all loading stages in reinfored concrete beams, which also for calculation of torsional moment. This paper proposes equation for postcracking torsional stiffness of reinforced concrete beams under pure torsion, which is derived considering the equilibrium and compatibility condition for shear panel based on the variable angle space truss model. The equation describes well the effect according to the variation of aspect ratio and steel volume ratio per unit concrete volume. It agress with experimental results in this paper as well as available literature.
이상에서 potential energy의 극소조건을 각종경우에 적용하여 재료역학의 해 또는 변형의 근사 해를 응용 예들을 통하여 구해 보았다. 이 해법은 을 받은 부재, 보(beam) 또는 순수 비틀림을 받는 엔형봉재의 경우, 부정정 문제에서 그 지지점들에서의 반력요소를 생각할 필요가 없기 때 문에 재료 역학적인 해법보다 더 간편하게 구해지고 있는 것을 볼 수가 있다. 또 보의 처짐 곡 선이 길이의 중앙면에 대하여 좌우 대칭형일 때에, 중앙단면에서의 최대처짐을 구하는데 삼각 함수의 근사처짐 곡선을 설정하므로써 실제 엄밀해에 가까운 근사값이 간단하게 구해질 수 있는 것을 보였다. 이 극소에너지 정리는 엔형단면이 아닌 각종 단면봉재의 비틀림 문제에서도 비틀림 응력함수를 도입하고, 경제조전을 만족하는 근사공력 함수방정식을 가정함으로써 간단하게 그 근사해를 구하는 데까지 직장할 수가 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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