This paper theoretically studies the cyclic behavior of hybrid connections between steel coupling beams and concrete shear walls with embedded steel columns. Finite element models of connections with long and short embedded steel columns are built in ABAQUS and validated against the test results in the companion paper. Parametric studies are carried out using the validated FE model to determine the key influencing factors on the load-bearing capacity of connections. A close-form solution of the load-bearing capacity of connections is proposed by considering the contributions from the compressive strength of concrete at the interface between the embedded beam and concrete, shear yielding of column web in the tensile region, and shear capacity of column web and concrete in joint zone. The results show that the bond slip between embedded steel members and concrete should be considered which can be simulated by defining contact boundary conditions. It is found that the loadbearing capacity of connections strongly depends on the section height, flange width and web thickness of the embedded column. The accuracy of the proposed calculation method is validated against test results and also verified against FE results (with differences within 10%). It is recommended that embedded steel columns should be placed along the entire height of shear walls to facilitate construction and enhance the ductility. The thickness and section height of embedded columns should be increased to enhance the load-bearing capacity of connections. The stirrups in the joint zone should be strengthened and embedded columns with very small section height should be avoided.
This paper presents an investigation into the flexural behavior of reinforced concrete (RC) beams retrofitted by ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) layers. The experimental study has been conducted in two parts. In the first part, four methods of retrofitting with UHPFRC layers in both the up and down sides of the beams have been proposed and their efficiency in the bonding of the normal concrete and ultra-high performance fiber-reinforced concrete has been discussed. The results showed that using the grooving method and the pre-casted UHPFRC layers in comparison with the sandblasting method and the cast-in-place UHPFRC layers leads to increase the load carrying capacity and the energy absorption capacity and causes high bond strength between two concretes. In the second part of the experimental study, the tests have been conducted on the beams with single UHPFRC layer in the down side and in the up side, using the effective retrofitting method chosen from the first part. The results are compared with those of non-retrofitted beam and the results of the first part of experimental study. The results showed that the retrofitted beam with two UHPFRC layers in the up and down sides has the highest energy absorption and load carrying capacity. A finite element analysis was applied to prediction the flexural behavior of the composite beams. A good agreement was achieved between the finite element and experimental results. Finally, a parametric study was carried out on full-scale retrofitted beams. The results indicated that in all retrofitted beams with UHPFRC in single and two sides, increasing of the UHPFRC layer thickness causes the load carrying capacity to be increased. Also, increases of the normal concrete compressive strength improved the cracking load of the beams.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.5
no.4
s.18
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pp.71-77
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2005
Bonded CFRP Plate method used murk in reinforcement method is very efficient for stress increment of reinforced members. But CFRP plate dosen't display enough its capacity and have the destruction characteristic of premature failure that reach failure by debond plate, because near-surface-bond using epoxy. Such destruction character of reinforced specimens take the influence at variables as steel reinforcement ratio, concrete strength, kind of reinforcement materials, reinforced length, property of epoxy used in binder and so on. In this study, performed experiment results are compared and considered on flexural performance of Near Surface Mounted Reinforcement used CFRP-Rod, as complement about structural behavior of RC beam reinforced flexural capacity in CFRP plate and premature failure of reinforcement material. Main variables of RC beam applied CFRP Plate external bond method are experimental variables as reinforcement length, reinforcement position (tension face and side face of beam) and existence of ironware in end parts. In case of CFRP-Rod, variable is reinforcement length.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.335-345
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2005
This paper concentrates on the nonlinear analysis of prestressed concrete (PSC) containment structures. Unlike a commercialized program which adopts the perfect bond assumption between concrete and tendon in the analysis of PSC structures, a numerical algorithm to consider the slip effect, simultaneously with the use of commercialized programs such as DIANA and ABAQUS, is introduced in this paper For bonded tendons, the apparent yield stress of an embedded tendon is determined from the bond slip relationship. And for unbonded tendons, Correction for the strength and stiffness of unbonded internal tendons is achieved on the basis of an iteration scheme derived from the slip behavior of tendon along the entire length. Finally, the developed algorithm is applied to two PSC containment structures of PWR and CANDU to verify its efficiency and applicability in simulating the structural behavior of large complex structures, and the obtained result shows that both containment structures represent the ultimate pressure capacity larger than about 3 times of the design pressure.
Kim, Dae-Hong;Lee, Dae-Soo;Chun, Byung-Sik;Kim, Byung-Hong
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.22
no.12
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pp.45-55
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2006
This paper presents the results of full-scale uplift load tests performed on 30 passive anchors grouted to various lengths at Taean site in Korea. Various rock types were tested, ranging from highly weathered to sound gneiss. Rock anchors were installed over a wide range of rock types and qualities with a fixed anchored depth of $1{\sim}4m$. The majority of installations used SD4O-D51 no high grade steel rebar to induce rock failure prior to rod failure. In many tests, rock failure was reached and the ultimate loads were recorded along with observations of the shape and extent of the failure surface. The test results, the failure mechanisms as well as uplift capacities of rock anchors depend mostly on rock type and quality, embedded fixed length, and the strength of rebar. Based on test results, the main parameters governing the uplift capacity of the rock anchor system were determined.
Kim, Young-Duck;Cho, Bong-Suk;Kim, Jae-Hwan;Kim, Gyu-Yong;Choi, Kyung-Yuel;Kim, Moo-Han
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2003.11a
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pp.59-62
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2003
Kinds, shapes and fraction ratios of fibers have influence on properties of HPFRCC(High-Performance Fiver Reinforced Cementitious Concrete) like bending strength, strain capacity and fracture toughness. For example, hydrophilic fibers have different chemical bond strength from hydrophobic fibers, fiber shapes influence on fiber pull-out and rupture, and fiber volume fraction influence on bending strength. In this study, to estimate influences of kinds, shapes and fraction ratios of fibers, we make HFRCC with 3 kind of fiber in various volume fraction of fiber and compare cracking, bending strength and fracture toughness. As the results, bending strength of HPFRCC was increased as fiber volume fraction was increase and fiber tensile strength was increase, and strain capacity and fracture toughness of HFRCC was higher in fiber pull-out fracture than in fiber rupture fracture. And HFRCC showing pseudo strain hardening has higher fiber reinforce efficiency than others.
Ghasemi, Saeed;Maghsoudi, Ali A.;Bengar, Habib A.;Ronagh, Hamid R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.6
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pp.1083-1104
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2015
This paper provides the results of an experimental investigation into the flexural behavior of continuous two-span unbonded post-tensioned high strength concrete (HSC) beams, strengthened by end-anchored CFRP laminates of different configurations in the hogging region. Implementing two different configurations of end-anchorage systems consisting of steel plates and bolts and carefully monitoring the development of strains throughout the load history using sufficiently large number of strain gauges, the response of beams including the observed crack propagations, beam deflection, modes of failure, capacity enhancement at service and ultimate and the amount of moment redistribution are measured, presented and discussed. The study is appropriate in the sense that it covers the more commonly occurring two span beams instead of the simply supported beams investigated by others. The experiments reconfirmed the finding of others that proper installation of composite strengthening system is most important in the quality of the bond which is essential for the internal transfer of forces. It was also found that for the tested two span continuous beams, the capacity enhancement is more pronounced at the serviceability level than the ultimate. This is an important finding as the design of these beams is mostly governed by the serviceability limit state signifying the appropriateness of the suggested strengthening method. The paper provides quantitative data on the amount of this capacity enhancement.
This paper consists of two parts; the first part describes the laboratory work concerning the behavior of lightweight aggregate concrete filled steel tubes (LACFT). Based on eccentricity tests, fifty-four specimens with different slenderness ratios (L/D= 3, 7, and 14) were tested. The main parameters varied in the test are: load eccentricity; steel ratio; and slenderness ratio. The standard load-strain curves of LACFT columns under eccentric loading were summarized and significant parameters affecting LACFT column's bearing capacity, failure mechanism and failure mode such as confinement effect and bond strength were all studied and analyzed through the comparison with predicted strength of concrete filled steel tube columns (CFT) using the existing codes such as AISC-LRFD (1999), CHN DBJ 13-51-2003 (2003) and CHN CECS 28:90 (1990). The second part of this paper presents the results of parametric study and introduces a practical and accurate method for determination of the maximum compressive strength of confined concrete core ($f_{max}$), In addition to, the study of the effect of aspect-ratio and length-width ratio on the yield stress of steel tubes ( $f_{sy}$) under biaxial state of stress in CFT columns and the effect of these two factors on the ultimate load carrying capacity of axially loaded CFT/LACFT columns.
This paper describes the finite element (FE) analysis results of a 1/4 scale model of a prestressed concrete containment vessel (PCCV) by considering the tension stiffening effect, which is a result of the bond effect between the concrete and the steel. The tension stiffening model is assumed to be an exponential form based on the relationship between the average stress and the average strain of the concrete. The objective of the present FE analysis is to evaluate the ultimate internal pressure capacity of the PCCV, as well as its failure mechanism, when the PCCV model is subjected to a monotonous internal pressure beyond is design pressure capacity. With the commercial code ABAQUS, the FE analysis used two concrete failure criteria: a 2-dimensional axi-symmetric model with modified Drucker-Prager failure criteria and a 3-dimensional model with a damaged plasticity mod디. The results of our FE analysis on the ultimate pressure capacity and failure modes of PCCV have a good agreement with the experimental data.
Shin, Sung Woo;Ahn, Jong Mun;Lee, Kwang Soo;Ban, Byung Lyul;Yeom, Sung Ki
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.2
no.1
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pp.136-141
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1998
It is demanded to obtain the design data for bond length of the strengthening carbon fiber sheets. An objectives of this study is to provide preliminary data of rational strengthening design method which is adequate to current domestic status. The present experimental study was performed to evaluate flexural strengthening effects of steel reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber sheets. Following conclusions can be extracted. It is revealed that the maximum load carrying capacity is increased up to 9% when the reinforced concrete beams were strengthened with 1-ply of carbon fiber sheet which is half-width of beam. The performance of reinforced concrete sections were improved due to the strengthening carbon fiber sheets on the tensile side of beams. It is believed that the strengthening length of carbon fiber sheets must be provided as (0.5l+3d) to secure the ductile capacity of above three for the flexural strengthening of reinforced concrete beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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