The plane strain test has been used widely in order to examine the stress-strain relation and failure behavior. Its advantages are more realistic simulation of deformation and failure behaviors of soils. Most plane strain tests have been carried out with restrained end plates due to difficulties in manufacturing the equipment with free end condition and also performing it. In this study, plane strain tests with/without bottom plate restraint were performed on Jumunjin-sand. The measurement of overall and local deformation was accomplished by digital image correlation technique as well as external LVDT. By applying digital image correlation method using two consecutive images captured through the transparent wall, local deformation behavior of various parts inside the specimen was estimated. From digital image analysis result, the restrained effect of end plate was examined about formation and development of shear band, and deformation mechanism of sand under plane strain condition.
A Steel Plate Shear Wall (SPSW) is a lateral load resisting system consisting of an infill plate located within a frame. When buckling occurs in the infill plate of a SPSW, a diagonal tension field is formed through the plate. The study of the tension field behavior regarding the distribution and orientation patterns of principal stresses can be useful, for instance to modify the basic strip model to predict the behavior of SPSW more accurately. This paper investigates the influence of torsional and out-of-plane flexural rigidities of boundary members (i.e. beams and columns) on the buckling coefficient as well as on the distribution and orientation patterns of principal stresses associated with the buckling modes. The linear buckling equations in the sense of von-Karman have been solved in conjunction with various boundary conditions, by using the Ritz method. Also, in this research the effects of symmetric and anti-symmetric buckling modes and complete anchoring of the tension field due to lacking of in-plane bending of the beams as well as the aspect ratio of plate on the behavior of tension field and buckling coefficient have been studied.
In order to analyze the experimental hysteretic behavior of the in-plane loaded reinforced grouted multi-ribbed aerated concrete blocks masonry walls (RGMACBMW), we have carried out the pseudo static testing on the six specimens of RGMACBMW. Based on the test results and shear failure characteristics, the shear force hysteretic curves and displacement envelope curves of the models were obtained and discussed. On the basis of the hysteretic curves a general skeleton curve of the shear force and displacement was formed. The restoring model was adopted to analyze the seismic behavior and earthquake response of RGMACBMW. The deformation capacity of the specimens was discussed, and the formulas for calculating the lateral stiffness of the walls at different loading stages were proposed as well. The average lateral displacement ductility factor of RGMACBMW calculated based on the test results was 3.16. This value illustrates that if the walls are appropriately designed, it can fully meet the seismic requirement of the structures. The quadri-linear restoring models of the walls degradation by the test results accurately reflect the hysteretic behaviors and skeleton curves of the masonry walls. The restoring model can be applied to the RGMACBMW structure in earthquake response analysis.
Sakr, Mohammed A.;El-khoriby, Saher R.;Khalifa, Tarek M.;Nagib, Mohammed T.
Structural Engineering and Mechanics
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제61권3호
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pp.407-417
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2017
RC shear walls are considered one of the main lateral resisting members in buildings. In recent years, FRP has been widely utilized in order to strengthen and retrofit concrete structures. A number of experimental studies used CFRP sheets as an external bracing system for retrofitting of RC shear walls. It has been found that the common mode of failure is the debonding of the CFRP-concrete adhesive material. In this study, behavior of RC shear wall was investigated with three different micro models. The analysis included 2D model using plane stress element, 3D model using shell element and 3D model using solid element. To allow for the debonding mode of failure, the adhesive layer was modeled using cohesive surface-to-surface interaction model at 3D analysis model and node-to-node interaction method using Cartesian elastic-plastic connector element at 2D analysis model. The FE model results are validated comparing the experimental results in the literature. It is shown that the proposed FE model can predict the modes of failure due to debonding of CFRP and behavior of CFRP strengthened RC shear wall reasonably well. Additionally, using 2D plane stress model, many parameters on the behavior of the cohesive surfaces are investigated such as fracture energy, interfacial shear stress, partial bonding, proposed CFRP anchor location and using different bracing of CFRP strips. Using two anchors near end of each diagonal CFRP strips delay the end debonding and increase the ductility for RC shear walls.
This paper presents a study on the behavior of a bolted T-stub to square tube connection using Thread-fixed One-side Bolts (TOBs) through tests and numerical simulations. It outlines a research work of four connections with focus on the failure modes and strengths of the connection under tensile load. It was observed that the thread anchor failure caused by shear failure of hole threads controlled the final failure of the connection in the tests. Meanwhile, the out-of-plane deformation of tube wall resulted in the contact separation between hole threads and bolt threads, which in turn reduced the shear strength of hole threads. Finite element models (FEMs) allowing for the configuration details of the TOBs fixed connection are then developed and compared with the test results. Subsequently, the failure mechanism of hole threads and stress distribution of each component are analyzed based on FEM results. It was concluded that the ultimate strength of connection was not only concerned with the shear strength of hole threads, but also was influenced by the plastic out-of-plane deformation of tube wall. These studies lay a foundation for the establishment of suitable design methods of this type of connection.
In this study we investigated the shear and forming behavior of chain stitched multi-axial warp knitted fabric preform, so called non-crimp fabric (NCF). The picture frame test was performed to characterize the shear behavior of NCF and also provide material properties for the numerical simulation of its deformation behavior. The forming behavior of NCF with chain stitch were investigated using hemispherical forming tools. The experimental results show that processing conditions such as blank holder force (BHF) and preform shape are crucial to determining the forming behavior of NCF. For instance, an asymmetric formed shape, which is due to the stitches introduced to NCF, turns into a symmetric one as BHF increases. Furthermore the in-plane and out-of buckling (wrinkle), the severance of which were quantified using image processing method, decreases significantly as BHF increases.
Nonlinear behavior of functionally graded material (FGM) plates under thermal loads is investigated here using an efficient sinusoidal shear deformation theory. The displacement field is chosen based on assumptions that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components, and the shear components of in-plane displacements give rise to the sinusoidal distribution of transverse shear stress through the thickness in such a way that shear stresses vanish on the plate surfaces. Therefore, there is no need to use shear correction factor. Unlike the conventional sinusoidal shear deformation theory, the proposed efficient sinusoidal shear deformation theory contains only four unknowns. The material is graded in the thickness direction and a simple power law based on the rule of mixture is used to estimate the effective material properties. The neutral surface position for such FGM plates is determined and the sinusoidal shear deformation theory based on exact neutral surface position is employed here. There is no stretching-bending coupling effect in the neutral surface-based formulation, and consequently, the governing equations and boundary conditions of functionally graded plates based on neutral surface have the simple forms as those of isotropic plates. The non-linear strain-displacement relations are also taken into consideration. The thermal loads are assumed as uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. Closed-form solutions are presented to calculate the critical buckling temperature, which are useful for engineers in design. Numerical results are presented for the present efficient sinusoidal shear deformation theory, demonstrating its importance and accuracy in comparison to other theories.
Recently, many apartment buildings in the shear wall system often has pilotis in the lower story to meet the architectural needs. If the lateral force resisting system consists of shear walls supported by columns and beams. the discontinuity at the lowest level with pilotis results in the vertical irregularity with strength and stiffness. So, there are needs to be considered tile analysis and design about column and beam bellow shear walls and the behavior and stress condition of structure by stiffness change being generated at shear walls. The purpose of this paper is to investigate the behavior of shear wall structures with pilotis using the floors modeled as rigid diaphragm or semi rigid diaphragm. Through analyses, after estimating values of the story drift, natural period, stress condition of shear walls and the forces of column, we inferred how the behavior of shear wall structures with pilotis was influenced by the floor stiffness.
Bafti, Farzad Ghaderi;Mortezaei, Alireza;Kheyroddin, Ali
Structural Engineering and Mechanics
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제69권6호
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pp.651-665
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2019
Past earthquakes have shown that appropriately designed and detailed buildings with shear walls have great performance such a way that a considerable portion of inelastic energy dissipation occurs in these structural elements. A plastic hinge is fundamentally an energy diminishing means which decrease seismic input energy through the inelastic deformation. Plastic hinge development in a RC shear wall in the areas which have plastic behavior depends on the ground motions characteristics as well as shear wall details. One of the most generally used forms of structural walls is flanged RC wall. Because of the flanges, these types of shear walls have large in-plane and out-of-plane stiffness and develop high shear stresses. Hence, the purpose of this paper is to evaluate the main characteristics of these structural components and provide a more comprehensive expression of plastic hinge length in the application of performance-based seismic design method and promote the development of seismic design codes for shear walls. In this regard, the effects of axial load level, wall height, wall web and flange length, as well as various features of earthquakes, are examined numerically by finite element methods and the outcomes are compared with consistent experimental data. Based on the results, a new expression is developed which can be utilized to determine the length of plastic hinge area in the flanged RC shear walls.
The fatigue behavior of welded open rib-to crossbeam joints (ORCJ) in orthotropic bridge structures is investigated using a traction structural stress method. The fatigue behaviors of welded open rib-to crossbeam joints have been a subject of study for decades for ensuring operational safety and future design improvement. A mesh-insensitive combination of traction structural stresses in ORCJ was obtained considering the effect of in-plane shear stress and validated by fatigue test results. The proposed method is advantageous for predicting fatigue cracks that initiate from the crossbeam cutout and propagate along the crossbeam. The investigations carried out with the proposed approach reveal that the normal structural stress decreases with the propagation of fatigue cracks, while the ratio of shear stress to normal stress increases. The effect of shear structural stress is significant for the analysis of fatigue behavior of ORCJ in multiaxial stress states.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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