A finite element analysis (FEA) model is established to investigate the concrete-encased concrete-filled steel tubular (CFST) column to reinforced concrete (RC) beam joints under cyclic loading. The feasibility of the FEA model is verified by a set of test results, consisting of the failure modes, the exposed view of connections, the crack distributions and development, and the hysteretic relationships. The full-range analysis is conducted to investigate the stress and strain development process in the composite joint by using this FEA model. The internal force distributions of different components, as well as the deformation distributions, are analyzed under different failure modes. The proposed connections are investigated under dimensional and material parameters, and the proper constructional details of the connections are recommended. Parameters of the beam-column joints, including material strength, confinement factor, reinforcement ratio, diameter of steel tube to sectional width ratio, beam to column linear bending stiffness ratio and beam shear span ratio are evaluated. Furthermore, the key parameters affecting the failure modes and the corresponding parameters ranges are proposed in this paper.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.4
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pp.231-238
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2004
This paper presents the tensile behavior of the stud connection between reinforced concrete(RC) and steel members. Hanger reinforcements are placed around the studs to transfer the tensile and flexural loads to the opposite side of the concrete member. Eight specimens for the tensile tests are tested with variables, which are the arrangement details of hanger reinforcements, the reinforcing bars, and the embedment length of stud. The results of the tensile tests show that hanger reinforcements are effective to increase tensile strength for stud connections. Hangers and reinforcing bars near stud bolts contributed to the reduction of brittle failure. From the evaluation on the tensile strength by previous design guidelines, it was shown that CCD (Concrete Capacity Design) method was more suitable for estimation of test strength.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.3-17
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2007
This paper provides an introduction to life-span simulation and numerical approach to support the performance design processes of reinforced concrete structures. An integrated computational system is proposed for life-span simulation of reinforced concrete. Conservation of moisture, carbon dioxide, oxygen, chloride, calcium and momentum is solved with hydration, carbonation, corrosion, ion dissolution. damage evolution and their thermodynamic/mechanical equilibrium. Coupled analysis of mass transport and damage mechanics associated with steel corrosion is presented for structural performance assessment of reinforced concrete. Multi-scale modeling of micro-pore formation and transport phenomena of moisture and ions are mutually linked for predicting the corrosion of reinforcement and volumetric changes. The interaction of crack propagation with corroded gel migration can also be simulated. Two finite element codes. multi-chemo physical simulation code (DuCOM) and nonlinear dynamic code of structural reinforced concrete (COM3) were combined together to form the integrated simulation system. This computational system was verified by the laboratory scale and large scale experiments of damaged reinforced concrete members under static loads, and has been applied to safety and serviceability assessment of existing structures. Based on the damage details predicted by the nonlinear finite element analytical system, the life-span-cost of RC structures including the original construction costs and the repairing costs for possible damage during the service life can be evaluated for design purpose.
This paper is an experimental study on the behavior of vertical shear link in normal (steel section with and without stiffener) and composite (steel section with concrete located at the area limited to web and flanges of the section) configurations. This study is mainly aimed to perceive failure mechanism, collect laboratory data, and consider the effect of number of transverse reinforcements on strength and ductility of composite vertical links. There have been four specimens selected for examining the effects of different details. The first specimen was an I section with no stiffener, the second composed of I section with stiffeners provided according to AISC 2005. The third and fourth specimens were composed of I sections with reinforced concrete located at the area between its flanges and web. The tests carried out were of quasi-static type and conducted on full scale specimens. Experimental findings show remarkable increase in shear capacity and ductility of the composite links as compared to the normal specimens.
Sharbatdar, Mohammad K.;Jafari, Omid Mohammadi;Karimi, Mohammad S.
Advances in concrete construction
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v.6
no.5
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pp.509-525
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2018
In this paper the application of forging process as benefit technique in Reinforced Concrete (RC) beam bars and comparison to lap splices was experimentally investigated with four concrete beam specimens with same dimensions and reinforcement details. The reference specimen was with no splices and the other three beams were with different splices (100% forging in the middle, 50% forging, and 100% lap splices in the middle). Beams were tested with the four points load system. Experimental test results indicated that using forging process as new bar splicing method can have high effects on increasing ductility and energy dissipation of concrete structures. It also proved that this method increased the flexural rigidity, energy absorption, and ductility of the RC beams. And also this research results showed that the flexural capacity and ductility of the beam with 50% forging were respectively increased up to 10% and 75% comparing to that of reference specimen, but the energy absorption of this beams was decreased up to 27%. The ductility of beam with 50% forging was increased up to 25% comparing the ductility of beam with 100% forging.
A Reinforced concrete (RC) shear wall system with coupling beams has been known as one of the most promising structural systems for high-rise buildings. However, significantly large flexural and/or shear stress demands induced in the coupling beams require special reinforcement details to avoid their undesirable brittle failure. In order to solve this problem, one of promising candidates is frictional hysteretic energy dissipating devices (HEDDs) as an alternative to the coupling beams. The introduction of frictional HEDDs into a RC shear wall system increases energy dissipation capacity and maintains the frame action after their yielding. This paper investigates the strength demands (specifically yield strength levels) with a maximum allowable ductility of frictional HEDDs based on comparative non-linear time-history analyses of a prototype RC shear wall system with traditional RC coupling beams and frictional HEDDs. Analysis results show that the RC shear wall systems coupled by frictional HEDDs with more than 50% yield strength of the RC coupling beams present better seismic performance compared to the RC shear wall systems with traditional RC coupling beams. This is due to the increased seismic energy dissipation capacity of the frictional HEDD. Also, it is found from the analysis results that the maximum allowable ductility demand of a frictional HEDD should increase as its yield strength decreases.
Chloride induced reinforcement corrosion is widely accepted to be the most frequent mechanism causing premature degradation of reinforced concrete members, whose economic and social consequences are growing up continuously. Prevention of these phenomena has a great importance in structural design, and modern Codes and Standards impose prescriptions concerning design details and concrete mix proportion for structures exposed to different external aggressive conditions, grouped in environmental classes. This paper focuses on reinforced concrete column section load carrying capacity degradation over time due to chloride induced steel pitting corrosion. The structural element is considered to be exposed to marine environment and the effects of corrosion are described by the time degradation of the axial-bending interaction diagram. Because chlorides ingress and consequent pitting corrosion propagation are both time-dependent mechanisms, the study adopts a time-variant predictive approach to evaluate residual strength of corroded reinforced concrete columns at different lifetimes. Corrosion initiation and propagation process is modelled by taking into account all the parameters, such as external environmental conditions, concrete mix proportion, concrete cover and so on, which influence the time evolution of the corrosion phenomenon and its effects on the residual strength of reinforced concrete columns sections.
In this study, nonlinear response of laminated functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) plate under low-velocity impact based on the Eshelby-Mori-Tanaka approach in thermal conditions is studied. The governing equations are derived based on higher-order shear deformation plate theory (HSDT) under von $K\acute{a}rm\acute{a}n$ geometrical nonlinearity assumptions. The finite element method with 15 DOF at each node and Newmark's numerical integration method is applied to solve the governing equations. Four types of distributions of the uniaxially aligned reinforcement material through the thickness of the plates are considered. Material properties of the CNT and matrix are assumed to be temperature dependent. Contact force between the impactor and the laminated plate is obtained with the aid of the modified nonlinear Hertzian contact law models. In the numerical example, the effect of layup (stacking sequence) and lamination angle as well as the effect of temperature variations, distribution of CNTs, volume fraction of the CNTs, the mass and the velocity of the impactor in a constant energy level and boundary conditions on the impact response of the CNTRC laminated plates are investigated in details.
This study deals with buckling analysis with stretching effect of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite beams resting on an elastic foundation. The single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are aligned and distributed in polymeric matrix with different patterns of reinforcement. The material properties of the CNTRC beams are estimated by using the rule of mixture. The significant feature of this model is that, in addition to including the shear deformation effect and stretching effect it deals with only 4 unknowns without including a shear correction factor. The equilibrium equations have been obtained using the principle of virtual displacements. The mathematical models provided in this paper are numerically validated by comparison with some available results. New results of buckling analyses of CNTRC beams based on the present theory with stretching effect is presented and discussed in details. the effects of different parameters of the beam on the buckling responses of CNTRC beam are discussed.
Connections play a significant role in strength of structures against earthquake-induced loads. According to the post-seismic reports, connection failure is a cause of overall failure in reinforced concrete (RC) structures. Connection failure results in a sudden increase in inter-story drift, followed by early and progressive failure across the entire structure. This article investigated the cyclic performance and behavioral improvement of shape-memory alloy-based connections (SMA-based connections). The novelty of the present work is focused on the effect of shape memory alloy bars is damage reduction, strain recoverability, and cracking distribution of the stated material in RC moment frames under seismic loads using 3D nonlinear static analyses. The present numerical study was verified using two experimental connections. Then, the performance of connections was studied using 14 models with different reinforcement details on a scale of 3:4. The response parameters under study included moment-rotation, secant stiffness, energy dissipation, strain of bar, and moment-curvature of the connection. The connections were simulated using LS-DYNA environment. The models with longitudinal SMA-based bars, as the main bars, could eliminate residual plastic rotations and thus reduce the demand for post-earthquake structural repairs. The flag-shaped stress-strain curve of SMA-based materials resulted in a very slight residual drift in such connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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