Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.979-984
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2008
This paper discusses how to use basic strut-and-tie models(STM) for practical application. Construction of STM starts with drawing of load paths with equilibrium conditions. Understanding of structural systems including form active systems, vector active systems, and section active systems help us select appropriate systems for possible STM. Simple circular fans can be employed for load paths from concentrated forces to distributed forces. Strength of struts depends on configuration of their nodal zones which meet tension ties and effective compressive strength. The effective compressive strength of struts are assumed to be mainly influenced by transverse strain.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.269-279
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2008
In this study, the ultimate strengths of 229 simply supported reinforced concrete deep beams tested to shear failure were evaluated by the ACI 318-05's strut-tie model approach implemented with the presented indeterminate strut-tie model and its load distribution ratio. The ultimate strengths of the deep beams were also estimated by the experimental shear equations, design codes that were based on experimental and theoretical shear strength models, and current strut-tie model design codes. The validity of the present strut-tie model and its load distribution ratio was examined through the comparison of the strength analysis results classified according to the prime design variables of the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete.
Panjehpour, Mohammad;Ali, Abang Abdullah Abang;Voo, Yen Lei;Aznieta, Farah Nora
Computers and Concrete
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v.13
no.1
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pp.135-147
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2014
Strut-and-tie model (STM) has been recommended by many codes and standards as a rational model for discontinuity regions in structural members. STM has been adopted in ACI building code for analysis of reinforced concrete (RC) deep beams since 2002. However, STM recommended by ACI 318-11 is only applicable for analysis of ordinary RC deep beams. This paper aims to develop the STM for CFRP strengthened RC deep beams through the strut effectiveness factor recommended by ACI 318-11. Two sets of RC deep beams were cast and tested in this research. Each set consisted of six simply-supported specimens loaded in four-point bending. The first set had no CFRP strengthening while the second was strengthened by means of CFRP sheets using two-side wet lay-up system. Each set consisted of six RC deep beams with shear span to effective depth ratio of 0.75, 1.00, 1.25, 1.50, 1.75, and 2.00.The value of strut effectiveness factor recommended by ACI 318-11 is modified using a proposed empirical relationship in this research. The empirical relationship is established based on shear span to effective depth ratio.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.4
no.2
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pp.113-129
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2000
This study evaluates the behavior and strength of an anchorage zone of the prestressed concrete box girder bridge on the Kyungboo highway railroad using the 2D SUB-3D STM approach and a linear elastic finite element analysis. The 2D SUB-3D STM approach utilizes several two-dimensional sub strut-tie models that represent the compressive and tensile stress flows of each projected plane of the three-dimensional structural concrete in the selection of a three dimensional strut-tie model, evaluation of the effective strengths of the concrete struts, and verification of the geometric compatibility condition and bearing capacity of the critical nodal zones in the selected three-dimensional strut-tie model. The finite element analysis uses an 8-node brick element and the longitudinal prestressing force is considered as the equivalent nodal force. Analysis results show that the 2D SUB-3D STM approach and linear elastic finite element method can be effectively applied to the analysis and design of three-dimensional structural concrete including a prestressed concrete box girder anchorage zone.
The failure behavior of reinforced concrete beams is governed by the mechanical relationships between the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, load and support conditions, and material properties. In this study, two simple indeterminate strut-tie models which can reflect all characteristics of the failure behavior of reinforced concrete beams were proposed. The proposed models are effective for the beams with shear span-to-effective depth ratio of less than 3. For each model, a load distribution ratio, defined as the fraction of load transferred by a truss mechanism, is also proposed to help structural designers perform the rational design of the beams by using the strut-tie model approaches of current design codes. In the determination of the load distribution ratios, the effect of the primary design variables including shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete was reflected through numerous material nonlinear analysis of the proposed indeterminate strut-tie models. In the companion paper, the validity of the proposed models and load distribution ratios was examined by applying them to the evaluation of the failure strength of 335 reinforced concrete beams tested to failure by others.
In this study, ultimate strengths of 51 continuous reinforced concrete deep beams were evaluated by the ACI 318M-08's strut-tie model approach implemented with the presented indeterminate strut-tie model and load distribution ratio of the companion paper. The ultimate strengths of the continuous deep beams were also estimated by the shear equations derived based on experimental results, conventional design codes based on experimental and theoretical shear strength models, and current strut-tie model design codes. The validity of the presented strut-tie model and load distribution ratio was examined through the comparison of the strength analysis results classified according to the primary design variables of shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and concrete compressive strength. The present study results of ultimate strengths obtained using the indeterminate strut-tie model and load distribution ratio of the continuous deep beams agree fairly well with those obtained using other approaches. In addition, the present approach reflected the effect of the primary design variables on the ultimate strengths of the continuous deep beams consistently and accurately. Therefore, the present study will help structural designers to conduct rational and practical strut-tie model designs of continuous deep beams.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.259-267
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2008
The ultimate strengths of reinforced concrete deep beams are governed by the capacity of the shear resistance mechanism composed of concrete and shear reinforcing bars, and the structural behaviors of the beams are mainly controlled by the mechanical relationships according to the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, load and support conditions, and material properties. In this study, a simple indeterminate strut-tie model reflecting all characteristics of the ultimate strengths and complicated structural behaviors is presented for the design of simply supported reinforced concrete deep beams. In addition, a load distribution ratio, defined as a magnitude of load transferred by a vertical truss mechanism, is proposed to help structural designers perform the design of simply supported reinforced concrete deep beams by using the strut-tie model approaches of current design codes. In the determination of a load distribution ratio, a concept of balanced shear reinforcement ratio requiring a simultaneous failure of inclined concrete strut and vertical steel tie is introduced to ensure the ductile shear failure of reinforced concrete deep beams, and the prime design variables including the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete influencing the ultimate strength and behavior are reflected upon based on various and numerous numerical analysis results. In the companion paper, the validity of presented model and load distribution ratio was examined by employing them to the evaluation of the ultimate strengths of various simply supported reinforced concrete deep beams tested to failure.
The structural behavior of continuous reinforced concrete deep beams is mainly controlled by the mechanical relationships associated with the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, load and support conditions, and material properties. In this study, a simple indeterminate strut-tie model which reflects characteristics of the complicated structural behavior of the continuous deep beams is presented. In addition, the reaction and load distribution ratios defined as the fraction of load carried by an exterior support of continuous deep beam and the fraction of load transferred by a vertical truss mechanism, respectively, are proposed to help structural designers for the analysis and design of continuous reinforced concrete deep beams by using the strut-tie model approaches of current design codes. In the determination of the load distribution ratio, a concept of balanced shear reinforcement ratio requiring a simultaneous failure of inclined concrete strut and vertical steel tie is introduced to ensure a ductile shear failure of reinforced concrete deep beams, and the primary design variables including the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and concrete compressive strength are implemented after thorough parametric numerical analyses. In the companion paper, the validity of the presented model and load distribution ratio was examined by applying them in the evaluation of the ultimate strength of multiple continuous reinforced concrete deep beams, which were tested to failure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.411-419
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2006
In this study, a new approach employing 3-dimensional strut-tie models for analysis and design of 3-dimensional structural concrete with disturbed regions that are not properly occupied by current design codes is proposed. In addition, a computer graphics program for the practical application of the approach is developed. The approach adopts a grid strut-tie model to exclude the subjectivity in the selection of strut-tie model and evaluates the effective strength of concrete strut by considering the 3-dimensional failure criteria of concrete and the deviation angles between the struts and compressive principal stress trajectories. To verify the appropriateness of the approach, nine pile caps tested to failure are analyzed and a bridge pier is designed. The analysis and design results are compared with those obtained by several different methods.
Recent research has indicated that the current ACI shear provision provides unconservative predictions for large slender beams and beams with low level of longitudinal reinforcement, and conservative results for deep beams. To modify some problems of ACI shear provision, ultimate shear strength equation considering size effect and arch action to compute shear strength in high-strength concrete beams without stirrups is presented in this research. Three basic equations, namely size reduction factor, rho factor, and arch action factor, are derived from crack band model of fracture mechanics, analysis of previous some shear equations for longitudinal reinforcement ratio, and concrete strut described as linear prism in strut-tie model deep beams. Constants of basic equations are determined using statistical analysis of previous shear testing data. To verify proposed shear equation for each variable, effective depth, longitudinal reinforcement ratio, concrete compressive strength and shear span-to-depth ratio, about 300 experimental data are used and proposed shear equation is compared with ACI 318-99 code, CEB-FIP Model code, Kim &Park's equation and Zsutty's equation. The proposed shear equation is not only simpler than other shear equations, it is but also shown to be economical predictions and reasonable safety margin. Hence proposed shear strength equation is expected to be applied to practical shear design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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