Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.609-614
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2000
This paper is an experimental study of the normal strength concrete beam and high strength concrete beam for the analysis of bending and shear behavior. In building structure, the story height can be minimized by providing openings in beams which serves for the utility equipments passing through. The dead space in false ceiling increase construction cost, the good ceiling system such as beam with opening give to economical merits because of a substantial reduction in materials and construction cost. For the analysis on the mechanical behavior of the reinforced high strength and normal strength concrete beams with circular opening in the web, the stress concentration of the circular opening, crack pattern and reinforcing methods were studied. Twenty test pieces with different reinforcing methods and difference concrete strength were tested and their resisting forces and load deflection curves were defined in this study.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.162-169
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1999
Intentionally weakened girders near the beam-to-colum connection lead ductile failures at the weakened points prior to potential brittle failure at the connection points subjected to strong earthquake. Recent research investigated cyclic behavior of composite beams with a rectangular web opening and find out ductile failure of such beams due to plastic hinge formation of T-section at the four corners of the rectangular opening. But eventual failures of T-sections are resulted from local buckling of T-section having a narrow stem and a narrow bound of plastic hinge formation. This continuing research proposes double-circular opening instead of rectangular one in ofter to improve energy dissipation capacity as well as composite beam strength, Experimental test of two specimens was carried out and its results are compared with those of nonlinear finite element analyses
Abdullah Rafiq Safiaa;Suryamani Behera;Rimen Jamatia;Rajesh Kumar;Subhajit Mondal
Advances in concrete construction
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v.15
no.5
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pp.321-331
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2023
The effect of fibre-reinforced polymer (FRP) strengthening on the behaviour of reinforced concrete (RC) beams with web openings is studied. It has been observed that the load-carrying capacity and deflection in the presence of an opening reduced by approximately 50% and 75%, respectively. Three-dimensional nonlinear finite models are first validated with the results obtained from experimental data. Thereafter, a series of parametric studies are conducted for the beam with an opening. In the study, it is observed that a square opening shape is critical in comparison to the elliptical and circular-shaped opening. The web opening located near the support is found to be critically compared to the opening in the middle of the beam. Given the critical opening shape situated at the critical location, the increase in FRP layers enhances the load-deformation behaviour of the FRP-wrapped RC beam. However, the load-deformation responses are not significantly improved beyond a certain threshold value of FRP layers.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.701-706
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2001
This study is aimed to investigate on the structural properties(like as strength, failure mode, ductility) of beams with multiple openings reinforced with steel tube of circular. The main parameters are follows ;1)location of openings, 2)the number of opening, 3) existence of opening or not. When the locations of opening are respectively maximal moment zone, maximal shear zone, co-existence zone of moment and shear, the specimen with opening at maximal moment zone is not less than that without opening in terms of strength and ductility. The specimens with opening at shear zone and both zones are expected to carry the structural performance corresponding to beam without opening by varying the number and reinforcing method of opening.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10b
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pp.891-896
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2000
It is necessary to drill new opening in an existing R.C beam either for service ducts and pipes or the determination of in place concrete strength. Therefore, to simulate in this study, 18-R.C beams were fabricated with circular openings. The major parameters considered are the sizes, location of opening and cut-off stirrup. These beams are tested shear failure and capacity under a point loading. The sizes of opening are changed 0.11, 0.2, 0.3 times of beam-depth and the locations of opening are divided into $X_1$ zone, $X_2$ zone, $X_3$zone. Loads are applied up to failure to observe the cracking initiation and propagation, initial diagonal cracking, midspan deflection. As a result, the sizes of opening with 0.11D and 0.2D in R.C beams without cutoff stirrup are profitable in $X_1$ and $X_3$zone. R.C beams with 0.3D and cutoff stirrup are advantageous in $X_3$zone.
This paper presents an experimental investigation into the effectiveness of using carbon fibre reinforced polymer (CFRP) and steel plates to repair damaged reinforced concrete (RC) beams with circular web openings at shear zones. It highlights the effectiveness of externally bonded CFRP and steel plates in repairing damaged RC beams by analysing the repaired beams'load capacity, deflection, strain, and failure mode. For the experiment, a total of five beams were used, with one solid beam as a control beam and the other four beams having an opening near the shear zone. Two beams with openings were repaired using inclined and vertical configuration CFRP plates, and the other two were repaired using inclined and vertical configuration steel plates. The results confirm the effectiveness of CFRP and steel plates for repairing damaged RC beams with circular openings. The CFRP and steel plates significantly increase ultimate capacity and reduce deflection under the openings. The inclined configuration of both CFRP and steel plates was more effective than the vertical configuration. Using an inclined configuration not only increases the ultimate capacity of the beams but also changes the mode of failure from shear to flexural.
Mona M. Fawzy;Fattouh M. F. Shaker;Alia M. Ayyash;Mohamed M. Salem
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.1-13
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2024
The objective of this research is to study experimentally and numerically the behavior of steel beam columns with openings. Although the presence of openings in the beam columns is inevitable, finding ways to maintain strength is crucial. The studied parameters are opening shape, the ratio between opening height to specimen height, the percentage of opening location from support to beam column length, and web slenderness. Experimental tests are conducted including twelve specimens to study the effect of these parameters and record failure load, load deflection curve, and stress strain curve. Two failure modes are observed: local and flexural buckling. Interaction curves plotted from finite element model analysis are also used to expand the parametric study. Changing the location of the opening can decrease failure load by up to 7% and 60% in both normal and moment ratios respectively. Increasing the opening dimension can lead to a drop in the axial ratio by up to 29% and in the moment ratio by up to 74%. The weakest beam column behavior is noticed in specimens with rectangular openings which results from uneven and concentrated stresses around the opening. The main results of this research illustrate that the best location for opening is at 40% - 50% from beam column support. Also, it is advisable to use circular openings instead of rectangular openings in specimens having slender webs because moment ratios are raised by 85% accompanied by a rise in normal ratios by 9%.
The numerical investigations have been carried out on deep beam with opening subjected to static monotonic loading to demonstrate the accuracy and effectiveness of the finite element based numerical models. The simulations were carried out through finite element program ABAQUS/CAE and the results thus obtained were validated with the experiments available in literature. Six simply supported beams were modelled with two square openings of 200 and 250 mm sides considered as opening at centre, top and bottom of the beam. In order to define the material behaviour of concrete and reinforcing steel bar the Concrete Damaged Plasticity model and Johnson-Cook material parameters available in literature were employed. The numerical results were compared with the experiments in terms of ultimate failure load, displacement and von-Mises stresses. In addition to that, seventeen beams were simulated under static loading for studying the effect of opening location, size and shape of the opening and depth, span and shear span to depth ratio of the deep beam. In general, the numerical results accurately predicted the pattern of deformation and displacement and found in good agreement with the experiments. It was concluded that the structural response of deep beam was primarily dependent on the degree of interruption of the natural load path. An increase in opening size from 200 to 250 mm size resulted in an average shear strength reduction of 35%. The deep beams having circular openings undergo lesser deflection and thus they are preferable than square openings. An increase in depth from 500 mm to 550 mm resulted in 78% reduced deflection.
Cyclic loading tests for shear dominant hybrid steel link beams with circular web openings were performed to evaluate the seismic performance. Four half-scaled specimens with bolted connections were tested. The test parameter is a diameter of the web opening, i.e., shear strength ratio ($V_{pw}/V_p$) of the link beam and presence of top-seat angles. Using test results, adequate design shear strength of link beam was finally suggested. Test results showed that when the shear capacity is less than half of the plastic shear strength, seismic performance was improved due to mitigation of pinching under reversed cyclic inelastic deformations.
It is common practice to use Reduced Web Beam Sections (RWBS) in steel moment resisting frames. Perforation of beam web in these members may cause stress and strain concentration around the opening area and facilitate ductile fracture under cyclic loading. This paper presents a numerical study on the cyclic fracture of these structural components. The considered connections are configured as T-shaped assemblies with beams of elongated circular perforations. The failure of specimens under Ultra Low Cycle Fatigue (ULCF) condition is simulated using Cyclic Void Growth Model (CVGM) which is a micromechanics based fracture model. In each model, CVGM fracture index is calculated based on the stress and strain time histories and then models with different opening configurations are compared based on the calculated fracture index. In addition to the global models, sub-models with refined mesh are used to evaluate fracture index around the beam to column weldment. Modeling techniques are validated using data from previous experiments. Results show that as the perforation size increases, opening corners experience greater fracture index. This is while as the opening size increases the maximum observed fracture index at the connection welds decreases. However, the initiation of fracture at connection welds occurs at lower drift angles compared to opening corners. Finally, a probabilistic framework is applied to CVGM in order to account for the uncertainties existing in the prediction of ductile fracture and results are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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