This paper presents a stress field approach for the shear capacity of stirrup-reinforced concrete beams that explicitly incorporates the contribution of principal tensile stresses in concrete. This formulation represents an extension of the variable strut inclination method adopted in the Eurocode 2. In this model, the stress fields in web concrete consist of principal compressive stresses inclined at an angle θ combined with principal tensile stresses oriented along a direction orthogonal to the former (the latter being typically neglected in other formulations). Three different failure mechanisms are identified, from which the strut inclination angle and the corresponding shear strength are determined through equilibrium principles and the static theorem of limit analysis, similar to the EC-2 approach. It is demonstrated that incorporating the contribution of principal tensile stresses of concrete slightly increases the ultimate inclination angle of the compression struts as well as the shear capacity of reinforced concrete beams. The proposed stress field approach improves the prediction of the shear strength in comparison with the Eurocode 2 model, in terms of both accuracy (mean) and precision (CoV), as demonstrated by a broad comparison with more than 200 published experimental results from the literature.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.1
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pp.1-20
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2015
This work is devoted to the study of fresh and hardened properties of concrete containing recycled gravel. Four formulations were studied, the concrete of reference and three concretes containing recycled gravel with 30, 65 and 100 % replacement ratios. All materials were formulated on the basis of S4 class of flowability and a target C35 class of compressive strength according to the standard EN 206-1. The paper first presents the mix design method which was based on the optimization of cementitious paste and granular skeleton, then discusses experimental results. The results show that the elastic modulus and the tensile strength decrease while the peak strain in compression increases. Correlation with the water porosity is also established. The validity of analytical expressions proposed by Eurocode 2 is also discussed. The obtained results, together with results from the literature, show that these relationships do not predict adequately the mechanical properties as well as the stress-strain curve of tested materials. New expressions were established to predict the elastic modulus and the peak strain from the compressive strength of natural concrete. It was found that the proposed relationship E-$f_c$ is applicable for any type of concrete while the effect of substitution has to be introduced into the stress-strain (${\varepsilon}_{c1}-f_c$) relationship for recycled aggregate concrete. For the full stress-strain curve, the model of Carreira and Chu seems more adequate.
Linear and nonlinear time history analyses have been becoming more common in seismic analysis and design of structures with advances in computer technology and earthquake engineering. One of the most important issues for such analyses is the selection of appropriate acceleration time histories and matching these histories to a code design acceleration spectrum. In literature, there are three sources of acceleration time histories: artificial records, synthetic records obtained from seismological models and accelerograms recorded in real earthquakes. Because of the increase of the number of strong ground motion database, using and scaling real earthquake records for seismic analysis has been becoming one of the most popular research issues in earthquake engineering. In general, two methods are used for scaling actual earthquake records: scaling in time domain and frequency domain. The objective of this study is twofold: the first is to discuss and summarize basic methodologies and criteria for selecting and scaling ground motion time histories. The second is to analyze scaling results of time domain method according to ASCE 7-05 and Eurocode 8 (1998-1:2004) criteria. Differences between time domain method and frequency domain method are mentioned briefly. The time domain scaling procedure is utilized to scale the available real records obtained from near fault motions and far fault motions to match the proposed elastic design acceleration spectrum given in the Eurocode 8. Why the time domain method is preferred in this study is stated. The best fitted ground motion time histories are selected and these histories are analyzed according to Eurocode 8 (1998-1:2004) and ASCE 7-05 criteria. Also, characteristics of both near fault ground motions and far fault ground motions are presented by the help of figures. Hence, we can compare the effects of near fault ground motions on structures with far fault ground motions' effects.
The current Concrete Structural Design Code (2007) prescribe the equivalent rectangular stress block of the ACI 318 Building Code as concrete compressive stress distribution for design of concrete structures. The rectangular stress block may be enough for flexural strength calculation, but realistic stress-strain relationship is required for performance verification at selected limit state in performance-based design. Moreover, the ACI rectangular stress block provides non-conservative flexural strength for high strength concrete columns. Therefore a new stress distribution model is required for development of performance-based design code. This paper proposes a concrete compressive stress-strain distribution model for design and performance verification. The proposed model has a parabolic-rectangular shape, which is adopted by Eurocode 2 and Japanese Code (JSCE). It was developed by investigation of experimental test results conducted by the authors and other researchers. The test results cover high strength concrete as well as normal strength concrete. The stress distribution parameters of the proposed models are compared to those of the ACI 318 Building Code, Eurocode 2, Japanese Code (JSCE) and Canadian Code (CSA) as well as the test results.
Existing building structures can easily present material mechanical properties which can largely vary even within a single structure. The current European Technical Code, Eurocode 8, does not provide specific instructions to account for high variability in mechanical properties. As a consequence of the high strength variability, at the occurrence of seismic events, the structure may evidence unexpected phenomena, like torsional effects, with larger experienced deformations and, in turn, with reduced seismic performance. This work is focused on the torsional effects related to the irregular stiffness and strength distribution due to the concrete strength variability. The analysis has been performed on a case-study, i.e., a 3D RC framed 4 storey building. A Normal distribution, compatible to a large available database, has been taken to represent the concrete strength domain. Different plan layouts, representative of realistic stiffness distributions, have been considered, and a statistical analysis has been performed on the induced torsional effects. The obtained results have been compared to the standard analysis as provided by Eurocode 8 for existing buildings, showing that the Eurocode 8 provisions, despite not allowing explicitly for material strength variability, are conservative as regards the estimation of structural demand.
This paper discusses the development of a computer program to analyze elastic local buckling stress based on Eurocode 3 Part 1.3 for the flange and web of cold-formed channel columns under compression at elevated temperatures. The high-temperature, stress-strain relationships of the steel used in this paper were determined according to Eurocode 3 Part 1.2. The critical temperatures and the elastic local buckling stresses of cold-formed channel columns under compression at elevated temperatures were analyzed with the computer program developed in this study. Analysis examples were given to show the applicability of the computer program.
Reinforced concrete buildings in a seismically active area can be designed as DCM (medium ductility) or DCH (high ductility) class according to the regulations of Eurocode 8. In this paper, two RC buildings, one with a wall structural system and the other with a frame system, previously designed for DCM and DCH ductility, were analysed by using incremental dynamic analysis in order to study differences in the behaviour of structures between these ductility classes, especially the failure mechanism and ultimate collapse acceleration. Despite the fact that a higher behaviour factor of DCH structures influences lower seismic resistance, in comparison to DCM structures, a strict application of the design and detailing rules of Eurocode 8 in analysed examples caused that the seismic resistance of both frames does not significantly differ. The conclusions were derived for two buildings and do not necessarily apply to other RC structures. Further analysis could make a valuable contribution to the analysis of the behaviour of such buildings and decide between two ductility classes in everyday building design.
Existing building structures can easily present material mechanical properties which can largely vary even within a single structure. The current European Technical Code, Eurocode 8, does not provide specific instructions to account for high variability in mechanical properties. As a consequence of the high strength variability, at the occurrence of seismic events, the structure may evidence unexpected phenomena, like torsional effects, with larger experienced deformations and, in turn, with reduced seismic performance. This work is focused on the reduction in seismic performance due to the concrete strength variability. The analysis has been performed on a case-study, i.e., a 3D RC framed 4 storey building. A Normal distribution, compatible to a large available database, has been taken to represent the concrete strength domain. Different plan layouts, representative of realistic strength distributions, have been considered, and a statistical analysis has been performed on the induced reduction in seismic performance. The obtained results have been compared to the standard analysis as provided by Eurocode 8 for existing buildings. The comparison has shown that the Eurocode 8 provisions are not conservative for existing buildings having a large variability in concrete strength.
This paper traces the drafting of the new EN 1991-1-4 Eurocode 1 - Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions within Mandate M/515 of the European Commission to CEN, for the evolution of structural Eurocodes towards their Second Generation. Work of the Project Team started in August 2017 and ended in April 2020, with delivery of a final draft for public enquiry. The revised document contains several modifications with respect to the existing 2005 version, and new sections were added, covering aspect not dealt with in the previous version. It has a renovated structure, with a main text limited in size and containing only fundamental material; all the remaining information, either normative or informative is arranged into thirteen annexes. Common to other Eurocode Parts, general requests from CEN were those of reducing the number of Nationally Determined Parameters and of enhancing the ease of use. More specific requests were those of (a) the drafting of a European design wind map, (b) improving wind models, (c) reviewing force and pressure coefficients, (d) reviewing the procedures for evaluation of the dynamic response, as well as (e) making editorial improvements aimed at a more user friendly document. The author had the privilege to serve as Project Team member for the drafting of the new document, and this paper brings his personal view concerning some general aspects of wind code writing, and some more specific aspects about the particular document.
This paper presents an inelastic buckling behavior analysis of rectangular hollow steel tubes with geometrical imperfections under elevated temperatures. The main variables are the temperature loads, slenderness ratios, and exposure conditions at high temperatures. The material and structural properties of steels at different temperatures are based on Eurocode (EN 1993-1-2, 2005). In the elastic buckling analysis, the buckling strength decreases linearly with the exposure conditions, whereas the inelastic buckling analysis shows that the buckling strength decreases in clusters based on the exposure conditions of strong and weak axes. The buckling shape of the rectangular steel column in the elastic buckling mode, which depicts geometrical imperfection, shows a shift in the position at which bending buckling occurs when the lower section of the member is exposed to high temperatures. Furthermore, lateral torsional buckling occurs owing to cross-section deformation when the strong axial plane of the model is exposed to high temperatures. The elastic buckling analysis indicates a conservative value when the model is exposed to a relatively low temperature, whereas the inelastic buckling analysis indicates a conservative value at a certain temperature or higher. The comparative results between the inelastic buckling analysis and Eurocode 3 show that a range exists in which the buckling strength in the design equation result is overestimated at elevated temperatures, and the shapes of the buckling curves are different.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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