Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.6
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pp.283-291
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2018
This study intends to develop an analytical model of unreinforced masonry(URM) walls for the nonlinear static analysis which has been generally used to evaluate the seismic performance of a building employing URM walls as seismic force-resisting members. The developed model consists of fiber elements used to capture the flexural behavior of an URM wall and a shear spring element implemented to predict its shear response. This paper first explains the configuration of the proposed model and describes how to determine the modeling parameters of fiber and shear spring elements based on the stress-strain curves obtained from existing experimental results of masonry prisms. The proposed model is then verified throughout the comparison of its nonlinear static analysis results with the experimental results of URM walls carried out by other researchers. The proposed model well captures the maximum strength, the initial stiffness, and their resulting load - displacement curves of the URM walls with reasonable resolution. Also, it is demonstrated that the analysis model is capable of predicting the failure modes of the URM walls.
In this study, the stub columns of built-up H-section and square hollow section subjected to eccentrical loads are tested to evaluate the applicability of the structural members with 800MPa high-strength steel (HSA800) on current design specification. Analytical studies of FE model are conducted to validate the test results and then the verified FE models are used for extensive parametric studies for checking up the applicability of current design code. The parameters are width-to-thickness ratios and axial load ratios. From P-M correlations on parameter models, all stub columns with non-compact sections exceed the current design requirements about axial force and flexural strength ratios are sufficiently secured as the axial load ratios are decreased. The built-up hollow sections with slender section model do not satisfy the current design specification about axial force.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.5
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pp.1-8
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2020
This study presents a shear strength estimation model, in which the shear failure of a reinforced concrete (RC) member is assumed to be governed by the flexure-shear mechanism. Two shear demand curves and corresponding potential capacity curves for cracked tension and uncracked compression zones are derived, for which the bond mechanism developed between reinforcing bars and surrounding concrete is considered in flexural analysis. The shear crack concentration factor is also addressed to consider the so-called size effect induced in large RC members. In addition,unlike exising methods, a new formulation was addressed to consider the interaction between the shear contributions of concrete and stirrup. To verify the proposed method, an extensive shear database was established, and it appeared that the proposed method can capture the shear strengths of the collected test specimens regardless of their material properties, geometrical features, presence of stirrups, and bond characteristics.
The design provisions for the maximum steel ratio in reinforced concrete flexural members is normally provided to ensure sufficient ductility and economy by steel yielding at member failure. In the Concrete Structural Design Code (2012), the maximum steel ratio is expressed in terms of a net strain in tensile steel, and leading to very high steel ratio in the case of using high strength materials. Thereby, this may result in difficulty to satisfy a required workability at concrete placing. On the contrary, in the Korean Highway Bridge Design Code (Limit State Design) the maximum steel ratio is given in terms of the maximum neutral axis depth ratio that is 0.4. From these results, a rational model for the maximum steel ratio is suggested so as to satisfy a ductility as well as a workability.
This paper summarises the results of an experimental study to investigate the flexural behaviour of reinforced concrete beams strengthened using carbon-fibre reinforced polymer (CFRP) laminate in four-point bending. The experimental parameters included are the reinforcing bar ratio ${\rho}_s$ and preload level. Four bar ratios were selected (${\rho}_s=0.13$ to 0.86%), representing the section of two longitudinal tensile reinforcements, with diameters of 8, 14, 16, and 20 mm in order to reveal the effect of bar ratio on failure load and failure mode. Eight beams that could be considered "full-scale" in size, measuring 200 mm in width, 400 mm in total height and 2300 mm in length, were tested. Three beams were selected with different bar ratios (${\rho}_1$, ${\rho}_2$, ${\rho}_3$), and considered as control specimens (without ), while three other beams identical to the control beams with the same CFRP laminates ratio and a seventh beam with ${\rho}_{min}$ (the lowest bar ratio) were also used. In the second part of the study, two beams with the bar ratio ${\rho}_2$ were preloaded at two levels, 50 and 100% of their ultimate loads, and then repaired. This experimental investigation was consolidated using an analytical model. The experimental and analytical results indicate that the flexional capacity and stiffness of strengthened and repaired beams using CFRP laminate were increased compared to those of control beams, and the behaviour of repaired beams was nearly similar to the undamaged and strengthened beams; unlike the ductility of strengthened beams, which was greatly reduced compared to the control.
Al-Osta, Mohammed A.;Al-Sakkaf, Hamdi A.;Sharif, Alfarabi M.;Ahmad, Shamsad;Baluch, Mohammad H.
Computers and Concrete
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v.22
no.2
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pp.167-182
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2018
The modeling of loss of bond between reinforcing bars (rebars) and concrete due to corrosion is useful in studying the behavior and prediction of residual load bearing capacity of corroded reinforced concrete (RC) members. In the present work, first the possibility of using different methods to simulate the rebars-concrete bonding, which is used in three-dimensional (3D) finite element (FE) modeling of corroded RC beams, was explored. The cohesive surface interaction method was found to be most suitable for simulating the bond between rebars and concrete. Secondly, using the cohesive surface interaction approach, the 3D FE modeling of the behavior of non-corroded and corroded RC beams was carried out in an ABAQUS environment. Experimental data, reported in literature, were used to validate the models. Then using the developed models, a parametric study was conducted to examine the effects of some parameters, such as degree and location of the corrosion, on the behavior and residual capacity of the corroded beams. The results obtained from the parametric analysis using the developed model showed that corrosion in top compression rebars has very small effect on the flexural behaviors of beams with small flexural reinforcement ratio that is less than the maximum ratio specified in ACI-318-14 (singly RC beam). In addition, the reduction of steel yield strength in tension reinforcement due to corrosion is the main source of reducing the load bearing capacity of corroded RC beams. The most critical corrosion-induced damage is the complete loss of bond between rebars and the concrete as it causes sudden failure and the beam acts as un-reinforced beam.
To study the working mechanism and size effect of an innovative dovetail UHPC joint originated from the 5th Nanjing Yangtze River Bridge, a large-scale testing subject to negative bending moment was conducted and compared with the previous scaled specimens. The static responses, i.e., the crack pattern, failure mode, ductility and stiffness degradation were analyzed. It was found that the scaled specimens presented similar working stages and working mechanism with the large-scale ones. However, the post-cracking ductility and relative stiffness degradation all decrease with the enlarged length/scale, apart from the relative stiffness after flexural cracking. The slab stiffness at the flexural cracking stage is 90% of the initial stiffness while only 24% of the initial stiffness reserved in the ultimate stage. Finite element model (FEM) was established and compared with the experiments to verify its effectiveness in exploring the working mechanism of the innovative joint. Based on this effective method, a series of FEMs were established to further study the influence of material strength, pre-stressing level and ratio of reinforcement on its deflection-load relationship. It is found that the ratio of reinforcement can significantly improve its load-carrying capacity among the three major-influenced factors.
Yousry B.I. Shaheen;Ghada M. Hekal;Ayman M. Elshaboury;Ashraf M. Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.371-390
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2024
Investigating the impact of openings on the structural behavior of ferrocement I-beams with two distinct types of reinforcing metallic and non-metallic meshes is the primary goal of the current study. Up until failure, eight 250x200x2200 mm reinforced concrete I-beams were tested under flexural loadings. Depending on the kind of meshes used for reinforcement, the beams are split into two series. A control I-beam with no openings and three beams with one, two, and three openings, respectively, are found in each series. The two series are reinforced with three layers of welded steel meshes and two layers of tensar meshes, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. Structural parameters of investigated beams, including first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were reported. The number of mesh layers, the volume fraction of reinforcement, and the kind of reinforcing materials are the primary factors that vary. This article presents the outcomes of a study that examined the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete I-beams with and without openings reinforced with welded steel mesh and tensar mesh separately. Utilizing ANSYS-16.0 software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was applied to illustrate how composite RC I-beams with openings behaved. In addition, a parametric study is conducted to explore the variables that can most significantly impact the mechanical behavior of the proposed model, such as the number of openings. The FE simulations produced an acceptable degree of experimental value estimation, as demonstrated by the obtained experimental and numerical results. It is also noteworthy to demonstrate that the strength gained by specimens without openings reinforced with tensar meshes was, on average, 22% less than that of specimens reinforced with welded steel meshes. For specimens with openings, this value is become on average 10%.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1A
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pp.35-41
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2011
In concrete structural design provisons, two methods are normally provided to control deflection; direct method and indirect method. It is more efficient to use the indirect deflection control by which the span/depth ratio is limited not to exceed an allowable deflection limit. Because actual deflections are affected by many causes, it is complicated to evaluate actual deflections. In this study, limit span/depth ratios are derived from the deflection calculated directly at the serviceability limit state in RC members. The deflection is obtained from using average curvature, which depends on materials model used. The main variables examined are tension stiffening effect, concrete strength, cross section size and compressive steel ratio. It could be appeared that more analytical consistency is secured to use the 2nd order form of tension stiffening effect. And the limit span/depth ratio is dependent on material strength, tensile and compressive steel ratio but it is independent on cross-section size.
Muhammad, Akbar;Zahoor, Hussain;Pan, Huali;Muhammad, Imran;Blessen Skariah, Thomas
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.2
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pp.275-287
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2023
The use of environmental-friendly building materials is becoming increasingly popular worldwide. Compared to the normal concrete, rubber-based concrete is considered more durable, environmentally friendly, socially and economically viable. In this investigation, M20 grade concrete was designed and the fine aggregates were replaced with crumb rubber of two different micron sizes (0.221 mm and 0.350 mm). Fly ash (FA) and silica fume (SF) replaces the binder as supplementary cementitious materials at a rate of 0, 5, 10, 15, and 20% by weight. The mechanical properties of concrete including compressive strength, tensile, and flexural strength were determined. The polynomial work expectation validates the response surface approach (RSM) concept for optimizing SF and FA substitution. The maximum compressive strength (22.53 MPa) can be observed for the concrete containing 10% crumb rubber, 15% fly ash and 15% silica fume. The reduced unit weight of the rubberized concrete may be attributed to the lower specific gravity of the rubber particles. Two-way ANOVA with a significance criterion of less than 0.001 has been utilized with modest residual error from the lack of fit and the pure error. The predictive model accurately forecasts the variable-response relationship. Since, the crumb rubber is obtained from wasted tires incorporating FA and SF as a cementitious ingredient, it helps to significantly improve mechanical properties of concrete and reduce environmental degradation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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