This paper presents the analysis of intermediate crack-induced (IC) debonding failure loads for reinforced concrete (RC) beams strengthened with adhesively-bonded fiber-reinforced polymer (FRP) plates or sheets. The analysis consists of the energy release and simple ACI methods. In the energy release method, a fracture criterion is employed to predict the debonding loads. The interfacial fracture energy that indicates the resistance to debonding is related to the bond-slip relationships obtained from the shear test of FRP-to-concrete bonded joints. The section analysis that considers the effect of concrete's tension stiffening is employed to develop the moment-curvature relationships of the FRP-strengthened sections. In the ACI method, the onset of debonding is assumed when the FRP strain reaches the debonding strain limit. The tension stiffening effect is neglected in developing a moment-curvature relationship. For a comparison purpose, both methods are used to numerically investigate the effects of relevant parameters on the IC debonding failure loads. The results show that the debonding failure load generally increases as the concrete compressive strength, FRP reinforcement ratio, FRP elastic modulus and steel reinforcement ratio increase.
This paper is concerned with the dynamic analysis of simply-supported steel-concrete composite beams under moving loads. Considering the interface slip between steel girder and concrete slab, the governing motion equations are derived from the direct balanced method. By variable separation approach, the analytical solution of natural frequencies and mode shapes are obtained, as well as the orthogonal conditions. Then the dynamic responses of the composite beam under moving loads are analyzed, and compared with the experimental results. The analysis results show that the governing motion equations become more complicated when interface slip is taken into account, and the dynamic behaviors are significantly influenced by the shear connection stiffness. In the dynamic calculation of composite beams, the global stiffness should not be reduced as the same factor to all orders, but as different ones according to the dynamic stiffness reduction factor (DSRF), to which should be paid more attention in calculation, design and experiment, or else great deviation is inevitable.
Composite beams using bolts to attach steel plates to the side faces of existing reinforced concrete (RC) coupling beams can enhance both their strength and deformability. The behavior of those composite beams differs substantially from the behavior of typical composite beams made up of steel beams and concrete slabs. The former are subjected to longitudinal, vertical and rotational slips, while the latter only involve longitudinal slip. In this study, a mixed analysis method was adopted to develop the fundamental equations for accurate prediction of the load-carrying capacity of steel plate strengthened RC coupling beams. Then, a rigid plastic analysis technique was used to cope with the full composite effect of the bolt group connections. Two theoretical models for the determination of the strength of medium-length plate strengthened coupling beams based on mixed analysis and rigid plastic methods are presented. The strength of the strengthened coupling beams is derived. The vertical and longitudinal slips of the steel plates and the shear strength of the anchor-bolt connection group is considered. The theoretical models are validated by the available experimental results presented in a companion paper. The strength of the specimens predicted from the mixed analysis model is found to be in good agreement with that from the experimental results.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.3
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pp.1023-1026
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2010
In this paper, rheological property of polymer blends in a confined geometry was investigated. The shear viscosity was measured in a capillary rheometer incorporated with a specially designed piston and three slit dies having 0.1, 0.2 and 0.5 mm in thickness. It was observed that the viscosity of polymer blends does not depend on the die size when the phase of polymer blends is a sea-island structure. However, when the phase of polymer blends is a co-continuous structure, the viscosity of the blends was dependent on the die size. By additional investigations, this result is attributed to the slip phenomenon between polymer phases in the blends.
Kalogeropoulos, George I.;Tsonos, Alexander-Dimitrios G.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.3
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pp.279-293
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2019
The overall seismic performance of existing pre 1960-70s reinforced concrete (RC) structures is significantly affected by the inadequate length of columns' lap-spliced reinforcement. Due to this crucial structural deficiency, the cyclic response is dominated by premature bond - slip failure, strength and stiffness degradation, poor energy dissipation capacity and low ductility. Recent earthquakes worldwide highlighted the importance of improving the load transfer mechanism between lap-spliced bars, while it was clearly demonstrated that the failure of lap splices may result in a devastating effect on structural integrity. Extensive experimental and analytical research was carried out herein, to evaluate the effectiveness and reliability of strengthening techniques applied to RC columns with lap-spliced reinforcement and also accurately predict the columns' response during an earthquake. Ten large scale cantilever column subassemblages, representative of columns found in existing pre 1970s RC structures, were constructed and strengthened by steel or RC jacketing. The enhanced specimens were imposed to earthquake-type loading and their lateral response was evaluated with respect to the hysteresis of two original and two control subassemblages. The main variables examined were the lap splice length, the steel jacket width and the amount of additional confinement offered by the jackets. Moreover, an analytical formulation proposed by Tsonos (2007a, 2019) was modified appropriately and applied to the lap splice region, to calculate shear stress developed in the concrete and predict if yielding of reinforcement is achieved. The accuracy of the analytical method was checked against experimental results from both the literature and the experimental work included herein.
Flat plate are being used more in buildings requiring a high level of technical installations or in buildings needing changeable room arrangements during their life time such as office buildings. The main problem in flat plate is its weak resistance against a punching failure at its slab-column connections. Therefore, in this research, an experimental study on full-scale interior slab-column connection was performed. Three types of shear reinforcements were tested to prevent brittle punching shear failure that could lead to collapse of the structure. A series of four flat plate specimens including a specimen without shear reinforcement and three specimens with shear reinforcements were tested. The slabs were tested up to failure using monotonic vertical shear loading. The presences of the shear reinforcements substantially increased punching shear capacity and ductility of the interior slabcolumn connections. The test results showed that a slab that did not have enough bond length failed before shear reinforcement yielded due to anchorage slip. Also, FEM analyses were performed to study an effect of slab thickness and concrete compressive strength on the flat plate slab. The analytical study results were used to propose a method to calculate performance capacity of shear reinforcement in slab-column connection.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.1
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pp.171-178
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1994
The skin friction on single piles was investigated by using an analytical study and a numerical analysis. The emphasis was given to the variation of skin friction on piles based on the load transfer mechanism developed for the consolidation of a surrounding soft clay. Local yield or slip at the pile-soil interface was taken into account by specifying a limiting value of shear stress. The response of a single pile was analyzed and compared to the results of field case study. Based on the results obtained, it is shown that the skin friction on a pile increases as the degree of consolidation increases and the ultimate axial forces result from the long term behavior of clay corresponding to the end of the consolidation. It is also found that the analysis using one-dimensional consolidation theory as well as two or three-dimensional non-linear analysis gives relatively reasonable results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.1
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pp.1-12
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2005
An analytical procedure to analyze reinforced concrete (RC) beams subject to monotonic loadings is proposed on the basis of the moment-curvature relations of RC sections. Unlike previous analytical models which result the overestimation of stiffnesses and underestimation of structural deformations induced from ignoring the shear deformation and assuming perfect-bond condition between steel and concrete, the proposed relation considers the rigid-body-motion due to anchorage slip at the fixed end. The advantages of the proposed relation, compared with the previous numerical models, are on the promotion in effectiveness of analysis and reflection of influencing factors which must be considered in nonlinear analysis of RC beam by taking into account the nonlinear effects into the simplifying moment-curvature relation. Finally, correlation studies between analytical and experimental results are conducted to establish the applicability of the proposed model to the nonlinear analysis of RC structures.
This paper presents the experimental results for the interfacial bond behaviour between AFRP strip and steel members. The objective of this paper is to examine the interfacial behavior and to evaluate the interfacial bond stress between Aramid FRP strips and steel plates. The test variables were bond length and AFRP thickness. 18 specimens were fabricated and one-face shear type bond tests were conducted in this study. There were two types of failure mode which were debonding and delamination between AFRP strip and steel plates. From the test, the load was increased with the increasing of bond length and AFRP thickness, which was observed that maximum increase of 63 and 86% were also achieved in load with the increasing of bond length and AFRP thickness, respectively. Finally, bond and slip characteristics had the elastic bond-slip model and it was observed that bond strength and fracture energy were not affected by bond length and AFRP thickness.
Experiments on steel-concrete interface are performed to investigate and determine the mechanical roles and properties of interface parameters. The intrinsic different nature of bonded and unbonded interfaces are addressed based on the experimental observations that were obtained from two types of tests considering bonded and unbonded interfaces. The unbonded tests are performed for the specimens that are in unbonded when the initially bonded specimens are tested first. Four cases of lateral confinements including pure slip, and low and medium levels of lateral pressure are taken into account to investigate the effects of lateral confinements on interface behavior. It is shown that the maximum shear strengths, the levels of residual strengths and the Mode II fracture energy release rates are linearly related to the confinement levels. Based on the experimental evidences obtained from this study, the values of interface parameters required in a steel-concrete interface constitutive model will be presented in the companion paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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