Observations from experiments and real fire indicate that restrained steel beams have better fire-resistant capability than isolated beams. Due to the effects of restraints, a steel beam in fire condition can undergo very large deflections and the run away damage may be avoided. However disgusting damages may occur in the beam-to-column connections, which is considered to be mainly caused by the enormous axial tensile forces in steel beams resulted from temperature decreasing after fire dies out. Over the past ten years, the behaviour of restrained steel beams subjected to fire during heating has been experimentally and theoretically investigated in detail, and some simplified analytical approaches have been proposed. While the performance of restrained steel beams during cooling has not been so deeply studied. For the safety evaluation and repair of steel structures against fire, more detailed investigation on the behaviour of restrained steel beams subjected to fire during cooling is necessary. When the temperature decreases, the elastic modulus and yield strength of steel recover, and the contraction force in restrained steel beams will be produced. In this paper, an incremental method is proposed for analyzing the behaviour of restrained steel beams subjected to cooling. In each temperature decrement, the development of deformation and internal forces of a restrained beam is divided into four steps, in order to consider the effect of the recovery of the elastic modulus and strength of steel and the contraction force generated by temperature decrease in the beam respectively. At last, the proposed approach is validated by FE method.
A recent and promising method for shear strengthening of reinforced concrete(RC) members is the use of near surface mounted(NSM) fiber reinforced polymer(FRP) reinforcement. In the NSM method, the reinforcement is embedded in grooves cut onto the surface of the member to be strengthened and filled with an appropriate binding agent such as epoxy paste or cement grout. This paper illustrates a research program on shear strengthening of RC beams with NSM channel-type FRP beams which is developed in this study. The objective of this study is to clarify the role of channel-type FRP beam embedded to the beam web for shear strengthening of reinforced concrete beams. Included in the study are effectiveness in terms of spacing and angle of channel-type FRP beams, strengthening method, and shear span ratio. the study also aims to understand the additional shear capacity due to glass fiber reinforced polymer beams and carbon reinforced polymer beams. And anther objective is to study the failure modes, shear strengthening effect on ultimate force and load deflection behavior of RC beams embedded with channel-type FRP beams on the shear region of the beams.
The addition of steel fibers in concrete mixture is recognized as a non-conventional mass reinforcement scheme that improves the torsional, flexural, and shear behavior of structural members. However, the analysis of fiber reinforced concrete beams under combined torsion, bending, and shear is limited because of the complicated nature of the problem. Therefore, nonlinear 3D finite element analysis was conducted using the "ANSYS CivilFEM" program to investigate the behavior of fiber reinforced concrete L-beams. These beams were tested at different reinforcement schemes and loading conditions. The reinforcement case parameters were set as follows: reinforced with longitudinal reinforcement only and reinforced with steel bars and stirrups. All beams were tested under two different combined loading conditions, namely, torsion-to-shear ratio (T/V) = 545 mm (high eccentricity) and T/V = 145 mm (low eccentricity). Eight intermediate L-beams were constructed and tested in a laboratory under combined torsion, bending, and shear to validate the finite element model. Comparisons with the experimental data reveal that the program can accurately predict the behavior of L-beams under different reinforcement cases and combined loading ratios. The ANSYS model accurately predicted the loads and deformations for various types of reinforcements in L-beams and captured the concrete strains of these beams.
Composite beams with corrugated steel webs represent a new innovative system which has emerged in the past decade for medium span in the construction technology. The use of composite beams with corrugated steel webs results in a range of benefits, including flexible spaces and reduced foundation costs in the construction technology. The thin corrugated web affords a significant weight reduction of these beams, compared with hot-rolled or welded ones. In the current research, an optimal designed I-girder beam with corrugated web has been proposed to improve the structural performance of continuous composite girder under bending moment. The experimental program has been conducted for six simply supported composite beams with different loading conditions. The tested specimens are designed by using one of the stochastic techniques called hunting search algorithm. In the optimization process, besides the thickness of concrete slab and studs, corrugated web properties are considered as design variables. The design constraints are respectively implemented from Eurocode 3, BS-8110 and DIN 18-800 Teil-1. The last part of the study focuses on performing a numerical study on composite beams by utilizing finite element analysis and the bending behavior of steel girders with corrugated webs experimentally and numerically verified the results. A nonlinear analysis was carried out using the finite element software ANSYS on the composite beams which were modelled using the elements ten-node high order quadrilateral type.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.7
no.4
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pp.303-317
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2013
This study evaluates the shear strength of steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams from a database, which consists of extensive experimental results of 222 SFRC beams having no stirrups. In order to predict the analytical shear strength of the SFRC beams more precisely, the selected beams were sorted into six different groups based on their ultimate concrete strength (low strength with $f_c^{\prime}$ <50 MPa and high strength with $f_c^{\prime}$ <50 MPa), span-depth ratio (shallow beam with $a/d{\geq}2.5 $and deep beam with a/d<2.5) and steel fiber shape (plain, crimped and hooked). Principal component and multiple regression analyses were performed to determine the most feasible model in predicting the shear strength of SFRC beams. A variety of statistical analyses were conducted, and compared with those of the existing equations in estimating the shear strength of SFRC beams. The results showed that the recommended empirical equations were best suited to assess the shear strength of SFRC beams more accurately as compared to those obtained by the previously developed models.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.247-259
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2017
This paper presents a fatigue assessment model that was developed for corroded reinforced concrete (RC) beams strengthened using prestressed carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets. The proposed model considers the fatigue properties of the constituent materials as well as the section equilibrium. The model provides a rational approach that can be used to explicitly assess the failure mode, fatigue life, fatigue strength, stiffness, and post-fatigue ultimate capacity of corroded beams strengthened with prestressed CFRP. A parametric analysis demonstrated that the controlling factor for the fatigue behavior of the beams is the fatigue behavior of the corroded steel bars. Strengthening with one layer of non-prestressed CFRP sheets restored the fatigue behavior of beams with rebar at a low corrosion degree to the level of the uncorroded beams, while strengthening with 20- and 30%-prestressed CFRP sheets restored the fatigue behavior of the beams with medium and high corrosion degrees, respectively, to the values of the uncorroded beams. Under cyclic fatigue loading, the factors for the strengthening design of corroded RC beams fall in the order of stiffness, fatigue life, fatigue strength, and ultimate capacity.
In this paper, a model for the evaluation of shear strength of fibre reinforced polymer (FRP)-reinforced concrete beams is given. The survey of literature indicates that the FRP reinforced beams tested with shear span to depth ratio less than or equal to 1.0 is limited. In this study, eight concrete beams reinforced with GFRP rebars without stirrups are cast and tested over shear span to depth ratio of 0.5 and 1.75. The concrete compressive strength is varied from 40.6 to 65.3 MPa. The longitudinal reinforcement ratio is varied from 1.16 to 1.75. The experimental shear strength and load-deflection response of the beams are determined and reported in this paper. A model is proposed for the prediction of shear strength of beams reinforced with FRP bars. The proposed model accounts for compressive strength of concrete, modulus of FRP rebar, longitudinal reinforcement ratio, shear span to depth ratio and size effect of beams. The shear strength of FRP reinforced concrete beams predicted using the proposed model is found to be in better agreement with the corresponding test data when compared with the shear strength predicted using the eleven models published in the literature. Design example of FRP reinforced concrete beam is also given in the appendix.
This study reports the test results of twelve reinforced concrete deep beams. The deep beams were tested with loads applied through and supported by columns. The main variables studied were the shear span-to-depth ratios, and the horizontal and vertical stirrups. The shear strengths can be effectively enhanced for deep beams reinforced with both horizontal and vertical stirrups. The test results indicate the shear strengths of deep beams increase with the decrease of the shear span-to-depth ratios. The normalized shear strengths of the deep beams did not increase proportionally with an increase in effective depth. An analytical method for predicting the shear strengths of deep beams is proposed in this study. The shear strengths predicted by the proposed method and the strut-and-tie model of the ACI Code are compared with available test results. The comparison shows the proposed method can predict the shear strengths of reinforced concrete deep beams more accurately than the strut-and-tie model of the ACI Code.
Two prestressed steel reinforced high performance concrete (SRC) beams, a nonprestressed SRC beam and a counterpart prestressed concrete beam were tested under low reversed cyclic loading to evaluate seismic performance of prestressed SRC beams. The failure modes, deformation restoring capacity, ductility and energy dissipation capacity of the prestressed SRC beams were discussed. Results showed that due to the effect of plastic deformations of steel beams encased in concrete, the three SRC beams exhibited residual deformation ratios ranging between 0.64 and 0.79, which were apparently higher than that of the prestressed concrete beam (0.33). The ductility coefficients of the prestressed SRC beams and the prestressed concrete beam ranged between 4.65 and 4.87, obviously lower than that of nonprestressed SRC beam (9.09), which indicated the steel beams influenced the ductility little while prestressing resulted in an apparent reduction in ductility. The amount of energy dissipated by the prestressed SRC beams was less than that dissipated by the nonprestressed SRC beam but much more than that dissipated by the prestressed concrete beam.
Basalt fiber is an eco-friendly fiber and comparatively newer to the world of fiber-reinforced polymer (FRP) composites. A limited number of studies have been reported in the literature on the strengthening of reinforced concrete (RC) beams with basalt fiber reinforced polymer (BFRP). The present experimental work explores the feasibility of using the BFRP strips for shear strengthening of the RC beams. The strengthening schemes include full wrap and U-wrap. A simple mechanical anchorage scheme has been introduced to prevent the debonding of U-wrap as well as to utilize the full capacity of the BFRP composite. The effect of varying shear span-to-effective depth (a/d) ratio on the behavior of shear deficient RC beams strengthened with BFRP strips under different schemes is examined. The RC beams were tested under a four-point loading system. The study finds that the beams strengthened with and without BFRP strips fails in shear for a/d ratio 2.5 and the enhancement of the shear capacity of strengthened beams ranges from 5% to 20%. However, the strengthened beams fail in flexure, and the control beam fails in shear for a higher a/d ratio, i.e., 3.5. The experimental results of the present study have been compared with the analytical study and found that the latter gives conservative results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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