The use of shear studs usually placed in the form of mechanical shear connectors makes it possible to adopt composite steel-concrete structures in various structures, and steel-concrete plate composite (SCP) is being seriously considered for the installation of storage tanks exposed to harsh environments. However, manufacturing of SCP must be based on the application of existing design guidelines which require very close arrangement of shear studs. This means that the direct application of current design guidelines usually produces very conservative results and close arrangement of shear studs precludes pouring concrete within exterior steel faceplates. In this light, an improved guideline to determine the stud spacing should be introduced, and this paper proposes an improved ratio of the stud spacing to the thickness of steel plate on the basis of numerous parametric studies to evaluate the relative influence of the stud spacing on the stability of the SCP.
The transfer of prestress force in pretensioned prestressed concrete (PSC) members is of great concern because it affects directly the distribution of stress around the transfer zone. The design provision of current design code on the transfer length considers only the prestress intensity and the diameter of prestressing steels. However, other factors such as concrete compressive strength and concrete cover may affect greatly the transfer length. The purpose of the present paper is to explore the various factors that affect the transfer length in pretensioned PSC members. The bond stress-slip relation between prestressing steel and concrete was modeled first from experimental data and then this model was incorporated into the interface element. The interface element was used to perform the finite element analysis for pretensioned PSC members. The results indicate that the compressive strength and concrete cover are also very important parameters which affect the transfer length greatly. This means that the current design code, which considers only the effective prestress and diameter of prestressing steel, must be improved to take into account the other important variables of compressive strength and concrete cover. The present study allows more realistic analysis and design of pretensioned PSC members.
The bridge piers under service suffered a brittle failure due to the deterioration of lap-spliced longitudinal reinforcement without developing its flexural capacity or ductility. The earthquake induced lateral force results in tension which causes bond-slip failure at the lap-spliced region in circular bridge piers. In this case, such a brittle failure can be controlled by the seismic retrofit using FRP laminated circular tube. The retrofitted piers using FRP laminated circular tube showed significant improvement in seismic performance due to FRP's confinement effect. This paper presents the analytical results on the seismic strengthening effect of circular bridge piers with poor lap-splice details and strengthened with FRP laminated circular tube. FRP's confinement effect is predicted by the classical elasticity solution for the laminated circular tube manufactured with several layers. The FRP laminated circular tube induces the flexural failure instead of a bond-slip failure of the circular reinforced concrete piers under seismic induced lateral forces. To investigate the correctness and effectiveness of analytical solution derived in this study, the analytical results were compared with the experimental data and it was confirmed that the results were correlated well each other, The effects on the confinement of FRP laminated circular tube, such as the number of layers, the fiber orientations, and the mechanical properties, were investigated. From the parametric study, it was found that the number of layers, the fiber orientations, and the major Young's modulus (E11) of the FRP laminated circular tube were the dominant parameters affecting the confinement of reinforced concrete circular bridge piers.
In this study, a bending test with three encased composite beams were carried out and analyzed using FEM in order to find how chemical adhesion, interface interlock, friction and composite action by shear studs contribute to stiffness, strength and composite action in the interface of encased compo site beams. The test and results of the FEM analysis showed that the difference in the ultimate moment capacity of the composite beams with and without studs is under 10%. The reason is that the effect of chemical adhesion, interface interlock, and friction in the interface on the composite action is so high that the encased beams have a moment capacity above some defined magnitude. Also, the increment of moment capacity up to plastic moment is not large and the increase of linearly proportioned.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.6
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pp.393-401
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2021
In this paper, we proposed a numerical model based on moment-curvature, to evaluate the resistance of reinforced concrete (RC) members subjected to blast loading. To consider the direct shear failure mode, we introduced a dimensionless spring element based on the empirical direct shear stress-slip relation. Based on the dynamic increase factor equations for materials, new dynamic increase factor equations were constructed in terms of the curvature rate for the section which could be directly applied to the moment-curvature relation. Additionally, equivalent bending stiffness was introduced in the plastic hinge region to consider the effect of bond-slip. To verify the validity of the proposed model, a comparative study was conducted against the experimental results, and the superiority of this numerical model was confirmed through comparison with the analytical results of the single-degree of freedom model. Pressure-impulse (P-I) diagrams were produced to evaluate the resistance of members against bending failure and direct shear failure, and additional parametric studies were conducted.
Yang Zhang;Yanping Zhu;Pengfei Ma;Shuilong He;Xudong Shao
Advances in concrete construction
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v.15
no.6
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pp.359-376
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2023
Ultra-high-performance concrete (UHPC) has become an attractive cast-in-place repairing material for existing engineering structures. The present study aims to investigate age-dependent high-early-strength UHPC (HESUHPC) material properties (i.e., compressive strength, elastic modulus, flexural strength, and tensile strength) as well as interfacial shear properties of HESUHPC-normal strength concrete (NSC) composites cured at different season temperatures (i.e., summer, autumn, and winter). The typical temperatures were kept for at least seven days in different seasons from weather forecasting to guarantee an approximately consistent curing and testing condition (i.e., temperature and relative humidity) for specimens at different ages. The HESUHPC material properties are tested through standardized testing methods, and the interfacial bond performance is tested through a bi-surface shear testing method. The test results quantify the positive development of HESUHPC material properties at the early age, and the increasing amplitude decreases from summer to winter. Three-day mechanical properties in winter (with the lowest curing temperature) still gain more than 60% of the 28-day mechanical properties, and the impact of season temperatures becomes small at the later age. The HESUHPC shrinkage mainly occurs at the early age, and the final shrinkage value is not significant. The HESUHPC-NSC interface exhibits sound shear performance, the interface in most specimens does not fail, and most interfacial shear strengths are higher than the NSC-NSC composite. The HESUHPC-NSC composites at the shear failure do not exhibit a large relative slip and present a significant brittleness at the failure. The typical failures are characterized by thin-layer NSC debonding near the interface, and NSC pure shear failure. Two load-slip development patterns, and two types of main crack location are identified for the HESUHPC-NSC composites tested in different ages and seasons. In addition, shear capacity of the HESUHPC-NSC composite develops rapidly at the early age, and the increasing amplitude decreases as the season temperature decreases. This study will promote the HESUHPC application in practical engineering as a cast-in-place repairing material subjected to different natural environments.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.3
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pp.19-26
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2024
In this study, the compressive behavior of a 1/12.5 scale model of a wind tower support structure connection was experimentally analyzed. A high-performance cementitious grout with a compressive strength of 140 MPa was used to fill the connection, and experiments were conducted with shear key spacing, the shape, and connection length as variables. When the number of shear keys in the connection is the same, the smaller the spacing of the shear keys than the length of the connection, the higher the shear strength, and for the same spacing and connection length, the higher the height of the shear keys, the higher the strength. In addition, it was found that the strength showed a linear behaviour until the connection slip reached 1.0 mm, and it reached the maximum strength at 7.0 mm connection slip showing a non-linear behaviour as the load increased. It was found that the failure mode changed from interfacial shear failure to grout failure as the strength increased according to the shape and spacing of the shear key, and brittle failure did not occur due to steel fibers.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.3
no.1
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pp.84-89
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2015
Basalt fiber has many advantages as a reinforcing fiber such as high tensile strength and similar density to concrete. This study investigated the bonding property and the effect of fiber orientation on tensile strength of basalt fiber. Single fiber pullout tests for basalt and polyvinyl alcohol (PVA) fibers were performed to evaluate the bonding property between basalt fiber and mortar. And then tensile strength of basalt, PVA, and polyethylene (PE) fibers according to fiber orientation were measured. From the test results, it was exhibited that the chemical bond, frictional bond, and slip-hardening coefficient of basalt fiber were 1.88, 1.03, 0.24 times of PVA fibers, respectively. And the strength reduction coefficient of basalt fiber was 9 times of PVA fiber and 3 times of PE fiber.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.69-84
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2002
In this papers, an analytical model which can simulate the post-cracking behavior and tension stiffening effect in a reinforced concrete(RC) tension member is proposed. Unlike the classical approaches using the bond stress-slip relationship or the assumed bond stress distribution, the tension stiffening effect at post-cracking stage is quantified on the basis of polynomial strain distribution functions of steel and concrete, and its contribution is implemented into the reinforcing steel. The introduced model can be effectively used in constructing the stress-strain curve of concrete at post-cracking stage, and the loads carried by concrete and reinforcing steel along the member axis can be directly evaluated on the basis of the introduced model. In advance, the prediction of cracking loads and elongations of reinforced steel using the introduced model shows good agreement with results from the previous analytical studies and experimental data.
The current design for crack width control in concrete bridges is incomplete in analytical models. As one of the important serviceability limit states, the crack width be considered with the quantitative prediction of the initiation and propagation of corrosion and corrosion-induced cracking. A serviceability limit state of cracking can be affected by the combined effects of bond, slip, cracking, and corrosion of the reinforcing elements. Considering life span of concrete bridges, an improved prediction of crack width affected by time-dependent general corrosion has been proposed for the crack control design. The developed corrosion models and crack width prediction equation can be used for the design and the maintenance of prestressed and non-prestressed reinforcements by varying time, w/c, cover depth, and geometries of the sections. It can also be used as the rational criteria for the maintenance of existing concrete bridges and the prediction of remaining life of concrete structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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