A flat slab is a structural system where columns directly support it without the presence of beam elements. However, despite its wide advantages, this structural system undergoes a major deficiency where stresses are concentrated around the column perimeter, resulting in the progressive collapse of the entire structure as a result of losing the shear transfer mechanisms at the cracked interface. Predicting the punching shear capacity of RC flat slabs is a challenging problem where the factors contributing to the overall slab strength vary broadly in their significance and effect extent. This study proposed a new expression for predicting the slab's capacity in punching shear using a nonuniform concrete tensile stress distribution assumption to capture, as well as possible, the induced strain effect within a thick RC flat slab. Therefore, the overall punching shear capacity is composed of three parts: concrete, aggregate interlock, and dowel action contributions. The factor of the shear span-to-depth ratio (a_v/d) was introduced in the concrete contribution in addition to the aggregate interlock part using the maximum aggregate size. Other significant factors were considered, including the concrete type, concrete grade, size factor, and the flexural reinforcement dowel action. The efficiency of the proposed model was examined using 86 points of published experimental data from 19 studies and compared with five code standards (ACI318, EC2, MC2010, CSA A23.3, and JSCE). The obtained results revealed the efficiency and accuracy of the model prediction, where a covariance value of 4.95% was found, compared to (13.67, 14.05, 15.83, 19.67, and 20.45) % for the (ACI318, CSA A23.3, MC2010, EC2, and JSCE), respectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.245-253
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2021
RC slab bridges account for the largest portion of deteriorated bridges in Korea. However, most RC slabs are not included in the first and second classes of bridges, which are subject to bridge safety management and maintenance. The highest damaged components in highway bridges are the subsidiary facilities including expansion joints and bearings. In particular, leakage through expansion joints causes deterioration and cracks of concrete and exposure of reinforced bars. Therefore, this study analyzed the effect of adhesion damage at expansion joints on the response of the deck in RC slab bridges. When the spacing between the expansion joints at both ends was closely adhered, cracks occurred in the concrete at both ends of the deck due to the resistance rigidity at the expansion joints. Based on the response results, the correlation analysis between displacements in the longitudinal direction of the expansion joint and concrete stress at both ends of the deck for each damage scenario was performed to investigate the effect of the occurrence of damage on the bridge behavior. When expansion joint devices at both sides were damaged, the correlation between displacement and stress showed a low correlation of 0.18 when the vehicles proceeded along all the lanes. Compared with those in the intact state, the deflections of the deck in the damaged case at both sides showed a low correlation of 0.34 to 0.53 while the vehicle passed and 0.17 to 0.43 after the vehicle passed. This means that the occurrence of cracks in the ends of concrete changed the behavior of the deck. Therefore, data-deriven damage detection could be developed to manage the damage to expansion joints that cause damage and deterioration of the deck.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.309-312
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2008
Reinforced concrete (RC) structures have been most widely used because of the economic efficiency. However, it is very weak to tensile stresses and difficult to control deflection due to the heavy self-weight of concrete. Although it is generally known that prestressed concrete structures can be the most effective to overcome the demerit of RC structures, its application is very seldom in domestic construction for the difficult onsite circumstances. The post-tension method, which is well fit for buildings that are mostly indeterminate structures and beneficial for monolithic construction, has been introduced to just a few building construction. The application of full PT method into entire spans makes construction engineers feel very difficult due to the lack of current condition in construction fields. Therefore, this study proposed the partially applied PT method as an alternative, which can improve the deflection control of RC structures and reduce the construction difficulty by applying the PT method in a part of span length as needed, and analyzed its characteristics of structural behavior. In this study, the top anchorage was applied to improve the applicability of partial PT method, and the analysis results of slab behavior were compared to the measured values obtained from the post-tensioned slab constructed by the partial PT method.
Park, Jeong Cheon;Lee, Sang Won;Kim, Sung Bae;Kim, Jang-Ho Jay
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.6A
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pp.457-464
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2011
An experimental study was performed to evaluate the possibility of using stiff type PolyUrea(PU) on RC slab as a strengthening material. Stiff type PU(STPU) was sprayed on the bottom surface of the slab specimens, which were then attached with CFRP or GFRP sheets. Also the evaluation of the bond capacity, the single most influential parameter on strengthening of RC structures, was carried out the flexural capacity evaluation test results showed that the load carrying capacity of the PU specimen was greater and less than the unstrengthened and FRP sheet attached specimens, respectively. The STPU specimens showed a ductile flexural behavior in the plastic displacement range. With respect to bond capacity, the bond strength of all of the specimen exceeded the code required bond strength of 1.5 MPa. Also, the STPU sprayed specimen without using epoxy resin did not peel off when the tensile grip was applied for testing. The stability of the PU bond failure indicate a good bond strength of PU when applied to concrete.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.493-498
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2002
An experimental investigation was conducted to study the behavior of high-strength RC wide beam-column joints with slab subjected to reversed cyclic loads under constant axial load. Six half scale interior wide beam-column assemblies representing a portion of a frame subjected to simulated seismic loading were tested, including three specimens without slab and three specimens with slab. The primary variables were compressive strength of concrete( $f_{ck}$ =240, 500kgf/c $m^2$), the ratio of the column-to-beam flexural capacity( $M_{r}$=2$\Sigma$$M_{c}$$\Sigma$$M_{b}$ ; 0.77-2.26), extended length of the column concrete($\ell$$_{d}$ ; 0, 9.6, 30cm), ratio of the column-to-beam width(b/H ; 1.54, 1.67). Test results are shown that (1) the behavior of specimen using high-strength concrete satisfied the required minimum ductile capacity according to increase the compressive strength, (2). In the design of the wide beam-column joints, one should be consider the effects of slab stiffness which is ignored in the current design code and practice.ice.e.e.
In evaluating explosion-protection capacity, safety distance is broadly accepted as the distance at which detonation of a given explosive causes acceptable structural damage. Safety distance can be calculated based on structural response under blast loading and damage criteria. For the applicability of the safety distance, the minimum required stand-off distance should be given when the explosive size is assumed. However, because of the nature of structures, structural details and material characteristics differ, which requires sensitivity analysis of the safety distance. This study examines the safety-distance sensitivity from structural and material property variations. For the safety-distance calculation, a blast analysis module based on the Kingery and Bulmash formula, a structural response module based on a Single Degree of Freedom model, and damage criteria based on a support rotation angle were prepared. Sensitivity analysis was conducted for the Reinforced Concrete one-way slab with different thicknesses, reinforcement ratios, reinforcement yield strengths, and concrete compressive strengths. It was shown that slab thickness has the most significant influence on both inertial force and flexure resistance, but the compressive strength of the concrete is not relevant.
Concrete structures may become vulnerable during their lifetime due to several reasons such as degradation of their material properties; design or construction errors; and environmental damage due to earthquake. These structures should be repaired or strengthened to ensure proper performance for the current service load demands. Several methods have been investigated and applied for the strengthening of reinforced concrete (RC) structures using various materials. Fiber reinforced polymer (FRP) reinforcement is one of the most recent type of material for the strengthening purpose of RC structures. The main objective of the present research is to identify the behavior of reinforced concrete slabs strengthened with FRP bars by using near surface mounted (NSM) technique. Validation study is conducted based on the experimental test available in the literature to investigate the accuracy of finite element models using LS-DYNA to present the behavior of the models. A parametric analysis is conducted on the effect of FRP bar diameters, number of grooves, groove intervals as well as width and height of the grooves on the flexural behavior of strengthened reinforced slabs. Performance of strengthening RC slabs with NSM FRP bars was confirmed by comparing the results of strengthening reinforced slabs with control slab. The numerical results of mid-span deflection and stress time histories were reported. According to the numerical analysis results, the model with three grooves, FRP bar diameter of 10 mm and grooves distances of 100 mm is the most ideal and desirable model in this research. The results demonstrated that strengthening of reinforced concrete slabs using FRP by NSM method will have a significant effect on the performance of the slabs.
Hossain, Khandaker M.A.;Lachemi, Mohamed;Easa, Said M.
Computers and Concrete
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v.3
no.6
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pp.439-454
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2006
This paper develops an artificial neural network (ANN) model for uniformly loaded restrained reinforced concrete (RC) slabs incorporating membrane action. The development of membrane action in RC slabs restrained against lateral displacements at the edges in buildings and bridge structures significantly increases their load carrying capacity. The benefits of compressive membrane action are usually not taken into account in currently available design methods based on yield-line theory. By extending the existing knowledge of compressive membrane action, it is possible to design slabs in building and bridge decks economically with less than normal reinforcement. The processes involved in the development of ANN model such as the creation of a database of test results from previous research studies, the selection of architecture of the network from extensive trial and error procedure, and the training and performance validation of the model are presented. The ANN model was found to predict accurately the ultimate strength of fully restrained RC slabs. The model also was able to incorporate strength enhancement of RC slabs due to membrane action as confirmed from a comparative study of experimental and yield line-based predictions. Practical applications of the developed ANN model in the design process of RC slabs are also highlighted.
Lee Dong Keun;Ha Sang-Su;Han Sang Whan;Lee Li Ryung
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.111-114
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2005
While the existing reinforced concrete flat plate(RC flat plate) has a lot of advantages including reduced building height, it has some weak points such as many steel bars and the brittle rupture by punching shear. Compared with the RC flat plate, the post-tensioned flat plate (PT flat plate) has not only the same merits, but it also makes longer span possible and induces slab-column connections to be failed with the ductile behavior rather than with the brittle behavior by means of post-tensioning. However, it is difficult to define the joint behavior of PT flat plate under vertical and lateral loads since there are limit experimental results. For this reason, the experimental study is undertaken to investigate the comparison of behavior of PT flat plate and RC flat plate, and how flat plate(Gravity Load Resisting System) is displaced as lateral loads, like the wind and the earthquake, are occur. The result of this experiment shows that PT flat plate is generally superior to RC flat plate in terms of controlling crack, postponing stiffness deterioration, energy dissipation, etc.
Reinforced concrete (RC) slabs are exposed to several static and dynamic effects during their period of service. Accordingly, there are many studies focused on the behavior of RC slabs under these effects in the literature. However, impact loading which can be more effective than other loads is not considered in the design phase of RC slabs. This study aims to investigate the dynamic behavior of two-way RC slabs under sudden impact loading. For this purpose, 3 different simply supported slab specimens are manufactured. These specimens are tested under impact loading by using the drop test setup and necessary measurement devices such as accelerometers, dynamic load cell, LVDT and data-logger. Mass and drop height of the hammer are taken constant during experimental study. It is seen that rigidity of the specimens effect experimental results. While acceleration values increase, displacement values decrease as the sizes of the specimens have bigger values. In the numerical part of the study, artificial neural networks (ANN) analysis is utilized. ANN analysis is used to model different physical dynamic processes depending upon the experimental variables. Maximum acceleration and displacement values are predicted by ANN analysis. Experimental and numerical values are compared and it is found out that proposed ANN model has yielded consistent results in the estimation of experimental values of the test specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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