In this study, a parametric study was performed considering material properties of concrete, material properties of steel, the number of longitudinal reinforcement (reinforcement ratio), CFRP ply orientations, a number of layers as variables by using ABAQUS. Firstly, the parameters used in the Hashin failure criteria were verified using four coupon tests of CFRP. Secondly, the numerical models of the beams strengthened by CFRP were verified using five experimental data. Finally, eighty numerical models and eighty analytic calculations were developed to investigate the effects of the aforementioned variables. The results revealed that in the case of using fibrous polymer to prevent shear failure, the variables related to reinforced concrete significantly affected the behavior of specimens, whereas the variables related to CFRP composite have a slight effect on the behavior of the specimens. As a result of numerical analysis, while the increase in the longitudinal tensile and compression reinforcement, load bearing capacity increases between 23.6%-70.7% and 5.6%-12.2%, respectively. Increase in compressive strength (29 MPa to 35 MPa) leads to a slight increase in the load-carrying capacity of the specimens between 4.6% and 7.2%. However, the decrease in the compressive strength (29 MPa to 20 MPa) significantly affected (between 6.4% and 8.1% decrease observed) the behavior of the specimens. As the yield strength increases or decreases, the capacity of specimens increase approximately 27.1% or decrease 12.1%. The effects of CFRP ply orientation results have been obtained as a negligible well approximately 3.7% difference. An increasing number of CFRP layers leads to almost no effect (approximately 2.8%) on the behavior of the specimen. Finally, according to the numerical analysis, the ductility values obtained between 4.0 and 6.9 indicate that the beams have sufficient ductility capacity.
Dan, Saikat;Chaudhary, Manpreet;Barai, Sudhirkumar V.
Computers and Concrete
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v.21
no.3
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pp.321-333
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2018
Flat-slabs, being a significant structural component, not only reduce the dead load of the structure but also reduce the amount of concrete required for construction. Moreover the use of recycled aggregates lowers the impact of large scale construction to nearby ecosystems. Recycled aggregate based concrete being a quasi-brittle material shows enormous cracking during failure. Crack growth in flat-slabs is mostly in sliding mode (Mode II). Therefore sufficient sections need to be provided for resistance against such failure modes. The main objective of the paper is to numerically determine the ultimate load carrying capacity of two self-similar flat-slab specimens and validate the results experimentally for the natural aggregate as well as recycled aggregate based concrete. Punching shear experiments are carried out on circular flat-slab specimen on a rigid circular knife-edge support built out of both normal (NAC) and recycled aggregate concrete (RAC, with full replacement). Uniaxial compression and bending tests have been conducted on cubes, cylinders and prisms using both types of concrete (NAC and RAC) for its material characterization and use in the numerical scheme. The numerical simulations have been conducted in ABAQUS (a known finite element software package). Eight noded solid elements have been used to model the flat slab and material properties have been considered from experimental tests. The inbuilt Concrete Damaged Plasticity model of ABAQUS has been used to monitor crack propagation in the specimen during numerical simulations.
In this study, eleven reinforced concrete beams, ground granulated blast furnace slag, replacing recycled coarse aggregate (BRS series) and recycled coarse aggregate with steel fiber (BSRS series), and standard specimen (BSS) were constructed and tested under monotonic loading. Experimental programs were carried out to improve and evaluate the shear performance of such test specimens, such as the load-displacement, the failure mode and the maximum load carrying capacity. All the specimens were modeled in 1/2 scale-down size. Test results showed that test specimens (BSRS Series) was increased the compressive strength by 9%, the maximum load carrying capacity by 1~6% and the ductility capacity by 1.02~1.13 times in comparison with the standard specimen (BSS). And the specimens (BSRS Series) showed enough ductile behavior and stable flexural failure.
Sakr, Mohammed A.;Eladly, Mohammed M.;Khalifa, Tarek;El-Khoriby, Saher
Steel and Composite Structures
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v.30
no.5
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pp.443-456
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2019
Although numerous researchers demonstrated the significant difference in performance between the various beam-to-column connection types, most of the previous studies in the area of infilled steel frames focused on the behaviour of frames with welded connections. Therefore, there is a need for conducting studies on infilled steel frames with other common connection types (extended endplate with and without rib stiffeners, flush endplate and shear connections). In this paper, firstly, a two-dimensional finite-element model simulating the cyclic response of infilled steel frames was presented. The infill-frame interaction, as well as the interactions between connections' components, were properly modelled. Using the previously-validated model, a parametric study on infilled steel frames with five different beam-to-column connection types, under cyclic loading, was carried out. Several parameters, including infill material, fracture energy of masonry and infill thickness, were investigated. The results showed that the infilled frames with welded connections had the highest initial stiffness and load-carrying capacity. However, the infilled frames with extended endplate connections (without rib stiffeners) showed the greatest energy dissipation capacity and about 96% of the load-carrying capacity of frames with welded connections which indicates that this type of connection could have the best performance among the studied connection types. Finally, a simplified analytical model for estimating the stiffness and strength of infilled steel frames (with different beam-to-column connection types) subjected to lateral cyclic loading, was suggested.
Lele Wu;Caoming Tang;Rui Luo;Shimin Huang;Shaoge Cheng;Tao Yang
Earthquakes and Structures
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v.24
no.6
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pp.439-453
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2023
Older brick masonry structures generally suffer from low strength defects. Using a cement mortar layer (CML) or steel-meshed cement mortar layer (S-CML) to reinforce existing low-strength brick masonry structures (LBMs) is still an effective means of increasing seismic performance. However, performance indices such as lateral displacement ratios and skeleton curves for LBMs reinforced with CML or S-CML need to be clarified in performance-based seismic design and evaluation. Therefore, research into the failure mechanisms and seismic performance of LBMs reinforced with CML or S-CML is imperative. In this study, thirty low-strength brick walls (LBWs) with different cross-sectional areas, bonding mortar types, vertical loads, and CML/S-CML thicknesses were constructed. The failure modes, load-carrying capacities, energy dissipation capacity and lateral drift ratio limits in different limits states were acquired via quasi-static tests. The results show that 1) the primary failure modes of UBWs and RBWs are "diagonal shear failure" and "sliding failure through joints." 2) The acceptable drift ratios of Immediate Occupancy (IO), Life Safety (LS), and Collapse Prevention (CP) for UBWs can be 0.04%, 0.08%, and 0.3%, respectively. For 20-RBWs, the acceptable drift ratios of IO, LS, and CP for 20-RBWs can be 0.037%, 0.09%, and 0.41%, respectively. Moreover, the acceptable drift ratios of IO, LS, and CP for 40-RBWs can be 0.048%, 0.09%, and 0.53%, respectively. 3) Reinforcing low-strength brick walls with CML/S-CML can improve brick walls' bearing capacity, deformation, and energy dissipation capacity. Using CML/S-CML reinforcement to improve the seismic performance of old masonry houses is a feasible and practical choice.
The pre-tensioned spun high strength concrete (PHC) pile has poor load carrying capacity in shear and flexure, while showing excellent axial load bearing capacity. The purpose of this study is to evaluate the flexural performance of the concrete-infilled composite PHC (ICP) pile which is the PHC pile reinforced with infilled concrete, transverse and longitudinal reinforcement for the improvement of shear and flexural load carrying capacity. The ICP pile specimen was designed to make allowable axial compression and bending moment higher load bearing capacity than those determined through the investigation of abutment design cases. The allowable axial compression and bending moment of the ICP pile was obtained using the program developed for calculating the axial compression - bending moment interaction. Then, ICP pile specimens were manufactured and flexural tests were performed. From the test results, it was found that the maximum bending moment of the ICP pile was approximately 45% higher than that of the PHC pile and the safety factor of ICP pile design was about 4.5 when the allowable bending moment was determined to be 25% of the flexural strength.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.6
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pp.142-152
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2010
In this study, eleven reinforced concrete beams, without stirrup, using high ductile fiber-reinforced mortar with ground granulated blast furnace slag(SHF Series, SHFSC Series) and standard specimens without or with stirrup(SSS, BSS) were constructed and tested under monotonic loading. Experimental programs were carried out to improve and evaluate the shear performance of such test specimens, such as the load-displacement, the failure mode, the maximum strength, and shear strength. All the specimens were modeled in scale-down size. Test results showed that test specimens(SHF Series, SHFSC Series) was increased respectively the shear strength carrying capacity by 26%, 20% and the ductility capacity by 5.27, 5.75 times in comparison with the standard specimen without stirrup(SSS). And the specimens(SHF Series, SHFSC Series) showed enough ductile behavior and stable flexural failure.
Engineering behaviour of uplift-resisting ground anchors constructed in weathered rocks has been investigated by carrying out a series of full scale pull-out tests. The anchor was to resist uplift forces (buoyancy) associated with high groundwater table acting on the basement of a rail way station. The study has included the ultimate pull-out capacity of the anchors and shear stress transfer mechanism at the anchor-ground interface. The pull-out tests were conducted by changing bonded lengths of the anchor (2~7 m) and diameter of drilled borehole (108~165 mm) to investigate their effects on the behaviour of the anchor. The measured results showed that the ultimate capacity of the anchors was increased with an increase in the bonded length, diameter of drilled borehole as expected. The ultimate capacity of the anchors deduced from the pull-out tests ranged from 392 to 1,569 kN, depending on the above-mentioned factors. This corresponds to the interface shear strength of about 227~505 kPa. Interface shear stresses deduced from the pull-out test showed that the larger the pull-out force, the larger the mobilisation of the interface shear strength. The failure mode of the anchors heavily depended on the bonded lengths of the anchors. When the bonded length was short (2~3 m), a cone-type failure was observed, whereas when the bonded length increased (5~7 m), failure developed at the grout-ground interface.
In this study, experimental research was carried out to evaluate the constructability and seismic performance of high strength R/C exterior beam-column joints regions, with or without the shear reinforcement, using high ductile fiber-reinforced mortar. Five specimens of retrofitted the exterior beam-column joint regions using high ductile fiber-reinforced mortar are constructed and tested for their retrofit performances. Specimens designed by retrofitting the exterior beam-column joint regions (BCJNSP series) of existing reinforced concrete building showed a stable mode of failure and an increased its maximum load-carrying capacity by 1.09~2.03 times in comparison with specimen of BCJNS due to the effect of enhancing dispersion of crack control at the time of initial loading and bridging of fiber from retrofitting new high ductile materials during testing. Specimens of BCJNSP series attained its maximum load carrying capacity by 0.92~0.96 times and increased its energy dissipation capacity by 1.62 times when compared to standard specimen of BCJC with a displacement ductility of 4.
In this study, experimental research was carried out to evaluate and improve the constructability and seismic performance of high strength R/C interior beam-column joints regions, with or without the shear reinforcement, using high ductile fiber-reinforced mortar. Six specimens of retrofitted the beam-column joint regions using high ductile fiber-reinforced mortar are constructed and tested for their retrofit performances. Specimens designed by retrofitting the interior beam-column joint regions (IJNS series) of existing reinforced concrete building showed a stable mode of failure and an increase in load-carrying capacity due to the enhancement of crack dispersion by fiber bridging from using new high ductile materials for retrofitting. Specimens of IJNS series, designed by the retrofitting of high ductile fiber-reinforced mortar in beam-column joint regions increased its maximum load carrying capacity by 96~102.8% and its energy dissipation capacity by 0.99~1.11 folds when compared to standard specimen of SIJC with a displacement ductility of 5.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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