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.
Khaled A. Alawi, Al-Sodani;Muhammad Kalimur ,Rahman;Mohammed A., Al-Osta;Omar S. Baghabra, Al-Amoudi
Earthquakes and Structures
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v.23
no.5
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pp.403-417
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2022
Reinforced concrete (RC) structures with low-strength RC columns are rampant in several countries, especially those constructed during the early 1960s and 1970s. The weakness of these structures due to overloading or some natural disasters such as earthquakes and building age effects are some of the main reasons to collapse, particularly with the scarcity of data on the impact of aspect ratio and corner radius on the confinement effectiveness. Hence, it is crucial to investigate if these columns (with different aspect ratios) can be made safe by strengthening them with carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) sheets. Therefore, experimental and numerical studies of CFRP-strengthened low-strength reinforced concrete short rectangular, square, and circular columns were studied. In this investigation, a total of 6 columns divided into three sets were evaluated. The first set had two circular cross-sectional columns, the second set had two square cross-section columns, and the third set has two rectangular cross-section columns. Furthermore, FEM validation has been conducted for some of the experimental results obtained from the literature. The experimental results revealed that the confinement equations for RC columns as per both CSA and ACI codes could give incorrect results for low-strength concrete. The control specimen (unstrengthened ones) displayed that both ACI and CSA equations overestimate the ultimate strength of low-strength RC columns by order of extent. For strengthened columns with CFRP, the code equations of CSA and ACI code overestimate the maximum strength by around 6 to 13% and 23 to 29%, respectively, depending on the cross-section of the column (i.e., square, rectangular, or circular). Results of finite element models (FEMs) showed that increasing the layer number of new commonly CFRP type (B) from one to 3 for circular columns can increase the column's ultimate loads by around eight times compared to unjacketed columns. However, in the case of strengthened square and rectangular columns with CFRP, the increase of the ultimate loads of columns can reach up to six times and two times, respectively.
The application of radial basis function neural networks (RBFN) to predict the ultimate torsional strength of reinforced concrete (RC) beams is explored in this study. A database on torsional failure of RC beams with rectangular section subjected to pure torsion was retrieved from past experiments in the literature; several RBFN models are sequentially built, trained and tested. Then the ultimate torsional strength of each beam is determined from the developed RBFN models. In addition, the predictions of the RBFN models are also compared with those obtained using the ACI 318 Code equations. The study shows that the RBFN models give reasonable predictions of the ultimate torsional strength of RC beams. Moreover, the results also show that the RBFN models provide better accuracy than the existing ACI 318 equations for torsion, both in terms of root-mean-square error and coefficients of determination.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.2
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pp.117-130
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2001
Investigations of low-rice unbounded reinforced concrete shear walls with or without openings are performed with comparison of analytical and experimental results. Theoretical analysis is based on nonlinear finite element algorithm, which incorporates concrete failure criterion and nonlinear constitutive relationships. Studios focus on the effects of height-to-length ratio of shear walls, opening ratio, horizontal and vertical reinforcement radios, and diagonal reinforcement. Analytical solutions conform well with experimental results. Equations for cracking, yielding and ultimate loads with corresponding lateral displacements are derived by regression using analytical results and experimental data. Also, failure modes of low-rise unbounded shear walls are theoretically investigated. An explanation of change in failure mode is ascertained by comparing analytical results and ACI code equations. Shear-flexural failure can be obtained with additional flexural reinforcement to increase a wall's capacity. This concept leads to a design method of reducing flexural reinforcement in low-rise bounded solid shear wall's. Avoidance of shear failure as well as less reinforcement congestion leer these walls is expected.
In the previous study in relation to the current study, a test program for the verification of the proposed design equation was carried with fourteen prestressed concrete beams with unbonded tendons. Experimental results were compared with the computed results by the proposed design equations. The previous design equations are ACI code, AASHTO LRFD code, the analysis equation with the strain compatibility, Harajli/Kanj' design equation, Chakrabarti' design equation. As a result of comparative studies, it turned out that the proposed design equation could predict the ultimate tendon stress with comparatively high accuracy.
The current design equations for predicting the torsional capacity of RC members underestimate the torsional strength of under-reinforced members and overestimate the torsional strength of over-reinforced members. This is because the design equations consider only the yield strength of torsional reinforcement and the cross-sectional properties of members in determining the torsional capacity. This paper presents an analytical model to predict the thickness of shear flow path in RC beams subjected to pure torsion. The analytical model assumes that torsional reinforcement resists torsional moment with a sufficient deformation capacity until concrete fails by crushing. The ACI 318 code is modified by applying analytical results from the proposed model such as the average stress of torsional reinforcement and the effective gross area enclosed by the shear flow path. Comparison of the calculated and observed torsional strengths of existing 129 test beams showed good agreement. Two design variables related to the compressive strength of concrete in the proposed model are approximated for design application. The accuracy of the ACI 318 code for the over-reinforced test beams improved somewhat with the use of the approximations for the average stresses of reinforcements and the effective gross area enclosed by the shear flow path.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.1
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pp.205-215
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2005
The main objective of this study is to investigate the behavior of NSC and HSC beams with stirrups. Main variables were the concrete compressive strength and amount of vertical stirrups. A total of 24 beams was tested; 4 beams without web reinforcement and 20 beams with web reinforcement in the form of vertical stirrups. Main variables were 2 different compressive strengths of concrete of 26.9MPa and 63.5MPa, 5 different spacing of stirrups of 200, 150, 120, 100 and 90mm. Therefore, the results were compared with the strengths predicted by the equations of ACI code 318-99 and other researchers. The shear reinforcement ratio, where the test beams were failed simultaneously under flexure and shear, were $0.63{\rho}_{vmax}$ for NSC beams and $0.53{\rho}_{vmax}$ for HSC beams, respectively. The ACI code equation was found to be very conservative for shear design.
Bond test was carried out to assess the effect of several variables on bond characteristics between reinforcing bar and concrete. Key variables are concrete compressive strength($f_c$'=340, 460, 6513, 904kg/$cm^2$), concrete cover (25, 38, 51, 105, IlOmm), and bar diameter(Dl3 and D22). Confining effect and bar spacing are not taken into account. Thirty-two specimens subjected to uniaxial tension were tested under hypothesis uniform bond stress distribution along the reinforcing bar embeded in concrete. Failure mode was examined and local bond stress versus slip relationship diagrams were represented to show effect of the above variables, also test results(u1timate bond stress) were compared with bond and development provisions of the ACI Building Code(AC1 318-89) and proposed equations from previous research. According to analysis, borld stress and ultimate bond stress increased although compressive strength increased beyond the ACI Building Code upper limit. Therefore in calculating development length. compressive strength effect(exceeding 700kg /$cm^2$) should be accounted.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.4
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pp.336-342
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2014
Shear strengths of reinforced high strength concrete beams without web reinforcement are studied with experimental analysis of 10 specimen with 2.4 shear span-to-depth ratio (a/d) beams for 4 stages of concrete compressive stength over 60MPa comparing ultimate loads and shear stresses of ACI363R and KCI code equations. Expecially, concrete compressive strengths used in shear design were essentially limited to 10,000 psi (69MPa) by ACI363R and KCI Code. The modified Code equation's shear stresses of the specimen without the limit are compared with test results. The comparison between the modified exist Code equations results and test results are expected to show an available scope to apply in construction field and to give considerations of design and contraction.
The requirements of the maximum shear reinforcement in the EC2-02 and CSA-04, which are developed based on the truss model, are quite different to those in the ACI-08 code and AIJ-99 code, which are empirical equations. The ACI 318-08, CSA-04, and EC2-02 codes provide an expression for the maximum amount of shear reinforcement ratio as a function of the concrete compressive strength, but Japanese code does not take the influence of the concrete compressive strength into account. For high strength concrete, the maximum amount of shear reinforcement calculated by the EC2-02 and CSA-04 is much greater than that calculated by the ACI 318-08. Ten RC beams having various shear reinforcement ratios were tested and their corresponding shear stress-shear strain curves and failure modes were compared to the predicted ones obtained by the current design codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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