Steel-concrete-steel (SCS) sandwich composite structure with corrugated-strip connectors (CSC) has the potential to be used in buildings and offshore structures. In this structure, CSCs are used to bond steel face plates and concrete. To overcome executive problems, in the proposed system by the authors, shear connectors are one end welded as double skin composites. Hence, this system double skin with corrugated-strip connectors (DSCS) is named. In this paper, finite element model (FEM) of push-out test was presented for the basic component of DSCS. ABAQUS/Explicit solver in ABAQUS was used due to the geometrical complexity of the model, especially in the interaction of the shear connectors with concrete. In order that the explicit analysis has a quasi-static behavior with a proper approximation, the kinetic energy (ALLKE) did not exceed 5% to 10% of the internal energy (ALLIE) using mass-scaling. The FE analysis (FEA) was validated against those from the push-out tests in the previous work of the authors published in this journal. By comparing load-slip curves and failure modes, FEMs with suitable analysis speed were consistent with test results.
The Mesozoic leucocratic granite in the northeastern margin of the Taebaeksan Basin was transformed to protomylonite and mylonite. Mylonitic foliations generally strike to NWWNW and dip to NE with the development of a sinistral strike-slip (top-to-the-northwest) shear sense. Grain-size reduction of feldspar in the mylonitized leucocratic granite occurred due to fracturing, myrmekite formation and neocrystallization of albitic plagioclase along the shear fractures of K-feldspar porphyroclasts. As the deformation proceeded, compositional layering consisting of feldspar-, quartz- and/or muscovite-rich layers developed in the mylonite. In the feldspar-rich layer, fine-grained albitic plagioclase and interstitial K-feldspar were deformed dominantly by granular flow. On the other hand, quartz-rich layers containing core-mantle and quartz ribbons structures were deformed by dislocation creep. Based on calculations from conventional two-feldspar and ternary feldspar geothermometers, mylonitization temperatures of the leucocratic granite range from 360 to $450^{\circ}C$. It thus indicates that the mylonitization has occurred under greenschist-facies conditions. Based on the geochemical features and previous chronological data, the leucocratic granite was emplaced during the Middle Jurassic at volcanic arc setting associated with crustal thickening. And then the mylonitization of the granite occurred during the late Middle to Late Jurassic (150-165 Ma). Therefore, the mylonitization of the Jurassic granitoids in the Taebaeksan Basin was closely related to the development of the Honam shear zone.
Steel plate-concrete composite slabs provide attractive features, such as more effective loading transfer, and more cost-effective stay-in-place forms, thereby enabling engineers to design more high-performance light structures. Although significant studies in the literatures have been directed toward designing and implementing the steel plate-concrete composite beams, there are limited data available for understanding of the composite slabs. To fill this gap, nine the composite slabs with different variables in this study were tested to unveil the impacts of the critical factors on the ultimate strength behavior. The key information of the findings included sample failure modes, crack pattern, and ultimate strength behavior of the composite slabs under either four-point or three-point loading. Test results showed that the failure modes varied from delamination to shear failures under different design factors. Particularly, the shear stud spacing and thicknesses of the concrete slabs significantly affected their ultimate load-carrying capacities. Moreover, an analytical model of the composite slabs was derived for determining their ultimate load-carrying capacity and was well verified by the experimental data. Further extensive parametric study using the proposed analytical methods was conducted for a more comprehensive investigation of those critical factors in their performance. These findings are expected to help engineers to better understand the structural behavior of the steel plate-concrete composite slabs and to ensure reliability of design and performance throughout their service life.
The rehabilitation and strengthening of concrete structures using Fiber-Reinforced Polymer (FRP) materials have been widely investigated. As a priority issue, however, the effect of curing conditions on the bonding behavior between FRP and concrete structures is still elusive. This study aims at developing a prediction model to accurately capture the mode-II interfacial debonding between FRP strips and concrete under different curing conditions. Single shear debonding experiments were conducted on FRP-concrete samples with respect to different curing time t and temperatures T. The J-integral formulation and constrained least square minimization are carried out to calibrate the parameters, i.e., the maximum slip $\bar{s}$ and stretch factor n. The prediction model is developed based on the cohesive model and Arrhenius relationship. The experimental data are then analyzed using the proposed model to predict the debonding between FRP and concrete, i.e., the interfacial shear stress-slip relationship. A Finite Element (FE) model is developed to validate the theoretical predictions. Satisfactory agreements are obtained. The prediction model can be used to accurately capture the bonding performance of FRP-concrete structures.
To study the vibration characteristics of a high-speed railway continuous girder bridge-track coupling system (HSRCBT), a coupling vibration analysis model of an m-span continuous girder bridge-subgrade-track system with n-span approach bridge was established. The model was based on the energy and its variational method, where both the interlaminar slip and shear deformation effects were considered. In addition, the free vibration equations and natural boundary conditions of the HSRCBT were derived. Further, according to the coordination principle of deformation and mechanics, an analytical method for calculating the natural vibration frequencies of the HSRCBT was obtained. Three typical bridge-subgrade-track coupling systems of high-speed railway were taken and the results of finite element analysis were compared to those of the analytical method. The errors between the simulation results and calculated values of the analytical method were less than 3%, thus verifying the analytical method proposed in this paper. Finally, the analytical method was used to investigate the influence of the number of the approach bridge spans and the interlaminar stiffness on the natural vibration characteristics of the HSRCBT based on the degree of sensitivity. The results suggest the approach bridges have a critical number of spans and in general, the precision requirements of the analysis could be met by using 6-span approach bridges. The interlaminar vertical compressive stiffness has very little influence on the low-order natural vibration frequency of HSRCBT, but does have a significant influence on higher-order natural vibration frequency. As the interlaminar vertical compressive stiffness increases, the degree of sensitivity to interlaminar stiffness of each of the HSRCBT natural vibration characteristics decrease and gradually approach zero.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.4
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pp.9-17
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2013
This paper describes an experimental program to investigate the shear behavior of insulated concrete sandwich panels (CSPs) with different types of GFRP shear connector. The study included testing of 13 insulated CSP specimens with two types of surface conditions for extruded polystyrene (XPS) insulation and various shapes of shear connectors. All specimens were loaded in direct shear by means of push-out and were consist of three concrete panels, two insulation layer and four rows of GFRP shear connectors. Load-relative slip between concrete panel and insulation response of CSP specimens has been established through push-out shear test. Test results indicate that the surface condition of insulation has a significant effect on the bond strength between concrete panel and insulation. The specimen used XPS foam with 10mm deep slot shows higher bond strength than those used XPS foam with meshed surface. Corrugated GFRP shear connectors show equivalent strength to grid GFRP shear connectors. Cross-sectional area and embedded length of shear connector have a notable effect on overall response and inplane shear strength of the CSP specimens.
This paper describes the experimental results of insulated concrete sandwich wall panels (CSWP) with corrugated glass fiber-reinforced polymer (GFRP) shear connectors under in-plane shear loading. Corrugated GFRP shear connectors were used to improve the thermal property of insulated CSWP and to achieve composite action between the interior and exterior concrete wall panels. Test specimens were consist of three concrete panels with two insulation layers between concrete panels and middle concrete panels was loaded in the direction of gravity. To evaluate the effects of insulation types (extruded polystyrene, XPSS and expanded polystyrene, EPS), shear connector pitch (300 and 400 mm) and width (10 and 15 mm) on in-plane shear behavior of insulted CSWP, failure mode and shear flow-average relative slip relationship of specimens were investigated. Test results indicate that the bond stress between concrete panel and insulation is considerable initially. Especially in case of insulated CSWP without shear connector, initial stiffness of CSWP with XPSS is superior to that of CSWP with EPS. The shear connector's contribution to in-plane shear performance of insulated CSWP depends on the type of insulation.
Steel-concrete composite structures have been extensively used in building, bridges, and other civil engineering infrastructure. Shear stud connectors between steel and concrete are essential in composite members to guarantee the effectiveness of their behavior in terms of strength and deformability. This study focuses on investigating the shear stiffness of headed studs embedded in several types of concrete with wide range of compressive strength, and their effects on the elastic behavior of steel-concrete composite girders were evaluated. Firstly, totally 206 monotonic push-out tests from the literature were reviewed to investigate the shear stiffness of headed studs embedded in various types of concrete (NC, HPC, UHPC etc.). Shear stiffness of studs is defined as the secant stiffness of the load-slip curve at 0.5Vu, and a formulation for predicting defined shear stiffness in elastic state was proposed, indicating that the stud diameter and the elastic modulus of steel and concrete are the main factors. And the shear stiffness predicted by the new formula agree well with test results for studs with a diameter ranging from 10 to 30 mm in the concrete with compressive strength ranging from 22.0 to 200.0MPa. Then, the effects of shear stiffness on the elastic behaviors of composite girders with different sizes and under different loading conditions were analyzed, the equations for calculating the stress and deformation of simply supported composite girders considering the influence of connection's shear stiffness were derived under different loading conditions using classical linear partial-interaction theory. As the increasing of shear stiffness, the stress and deflection at the most unfavorable section under partial connected condition tend to be those under full connected condition, but the approaching speed decreases gradually. Finally, the connector's shear stiffness was recommended for fully connection in composite girders with different dimensions under different loading conditions. The findings from present study may provide a reference for the prediction of shear stiffness for headed studs and the elastic design of steel-concrete composite girder.
The dynamic characteristics of continuous steel-concrete composite beams considering the effect of interlayer slip were investigated based on Euler Bernoulli's beam theory. A simplified calculation model was presented, in which the Mode Stiffness Matrix (MSM) was developed. The natural frequencies and modes of partial-interaction composite continuous beams can be calculated accurately and easily by the use of MSM. Proceeding from the present method, the natural frequencies of two-span steel-concrete composite continuous beams with different span-ratios (0.53, 0.73, 0.85, 1) and different shear connection stiffnesses on the interface are calculated. The influence pattern of interfacial stiffness on bending vibration frequency was found. With the decrease of shear connection stiffness on the interface, the flexural vibration frequencies decrease obviously. And the influence on low order modes is more obvious while the reduction degree of high order is more sizeable. The real natural frequencies of partial-interaction continuous beams commonly used could have a 20% to 40% reduction compared with the fully-interaction ones. Furthermore, the reduction-ratios of natural frequencies for different span-ratios two-span composite beams with uniform shear connection stiffnesses are totally the same. The span-ratio mainly impacts on the mode shape. Four kinds of shear connection stiffnesses of steel-concrete composite continuous beams are calculated and compared with the experimental data and the FEM results. The calculated results using the proposed method agree well with the experimental and FEM ones on the low order modes which mainly determine the vibration properties.
In this report, the test results of five reinforced concrete beam-column joint subjected to cyclic load are presented. The main purpose of the research is to investigate the influence of the steel pull-out of the beam-column joints to the shear and ductile capacity of the RC beam-column assembles. In addition, the influence of the amount of beam reinforcement to the joint shear and ductile capacity is evaluated. Test results indicate that the yield penetration of steel bar increases as the joint shear strength ratio, $V_{j1}/V_{jby}$ decreases. And the slippage of the steel bars are varied according to the region of the beam-column joints. The pull-out of the steel bars of five specimens was almost the same regardless of the joint shear strength ratio, $V_{j1}/V_{jby}$. Because it was affected by not only the yield penetration of steel bar but also the axial elongation in the plastic hinge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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