To investigate the seismic behavior of steel slag self-stressing concrete-filled circular steel tubular (SSSCFCST) columns, 14 specimens were designed, namely, 10 SSSCFCST columns and four ordinary steel slag (SS) concrete (SSC)-filled circular steel tubular (SSCFCST) columns. Comparative tests were conducted under low reversed cyclic loading considering various parameters, such as the axial compression ratio, diameter-thickness ratio, shear-span ratio, and expansion ratio of SSC. The failure process of the specimens was observed, and hysteretic and skeleton curves were obtained. Next, the influence of these parameters on the hysteretic behavior of the SSSCFCST columns was analyzed. The self stress of SS considerably increased the bearing capacity and ductility of the specimens. Results indicated that specimens with a shear-span ratio of 1.83 exhibited compression bending failure, whereas those with shear-span ratios of 0.91 or 1.37 exhibited drum-shaped cracking failure. However, shear-bond failure occurred in the nonloading direction. The stiffness of the falling section of the specimens decreased with increasing shear-span ratio. The hysteretic curves exhibited a weak pinch phenomenon, and their shapes evolved from a full shuttle shape to a bow shape during loading. The skeleton curves of the specimens were nearly complete, progressing through elastic, elastoplastic, and plastic stages. Based on the experimental study and considering the effects of the SSC expansion rate, shear-span ratio, diameter-thickness ratio, and axial compression ratio on the seismic behavior, a peak displacement coefficient of 0.91 was introduced through regression analysis. A simplified method for calculating load-displacement skeleton curves was proposed and loading and unloading rules for SSSCFCST columns were provided. The load-displacement restorative force model of the specimens was established. These findings can serve as a guide for further research and practical application of SSSCFCST columns.
This paper presents an experimental study of six steel reinforced high strength concrete T-shaped short-limb shear walls configured with T-shaped steel truss under low cyclic reversed loading. Considering different categories of ratios of wall limb height to thickness, shear/span ratios, axial compression ratios and stirrup reinforcement ratios were selected to investigate the seismic behavior (strength, stiffness, energy dissipation capacity, ductility and deformation characteristics) of all the specimens. Two different failure modes were observed during the tests, including the flexural-shear failure for specimens with large shear/span ratio and the shear-diagonal compressive failure for specimens with small shear/span ratio. On the basis of requirement of Chinese seismic code, the deformation performance for all the specimens could not meet the level of 'three' fortification goals. Recommendations for improving the structural deformation capacity of T-shaped steel reinforced high strength concrete short-limb shear wall were proposed. Based on the experimental observations, the mechanical analysis models for concrete cracking strength and shear strength were derived using the equivalence principle and superposition theory, respectively. As a result, the proposed method in this paper was verified by the test results, and the experimental results agreed well with the proposed model.
This paper proposes a model for analysing the non-linear behaviour of steel concrete composite beams prestressed by external slipping cables, taking into account the deformability of the interface shear connection. By assuming a suitable admissible displacement field for the composite beam, the balance condition is obtained by the virtual work principle. The solution is numerically achieved by approximating the unknown displacement functions as series of shape functions according to the Ritz method. The model is applied to real cases by showing the consequences of different connection levels between the concrete slab and the steel beam. Particular attention is focused on the limited ductility of the shear connection that may be the cause of premature failure of the composite girder.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.3
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pp.19-26
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2024
In this study, the compressive behavior of a 1/12.5 scale model of a wind tower support structure connection was experimentally analyzed. A high-performance cementitious grout with a compressive strength of 140 MPa was used to fill the connection, and experiments were conducted with shear key spacing, the shape, and connection length as variables. When the number of shear keys in the connection is the same, the smaller the spacing of the shear keys than the length of the connection, the higher the shear strength, and for the same spacing and connection length, the higher the height of the shear keys, the higher the strength. In addition, it was found that the strength showed a linear behaviour until the connection slip reached 1.0 mm, and it reached the maximum strength at 7.0 mm connection slip showing a non-linear behaviour as the load increased. It was found that the failure mode changed from interfacial shear failure to grout failure as the strength increased according to the shape and spacing of the shear key, and brittle failure did not occur due to steel fibers.
This study reports the details of the finite element analysis of eleven shear critical partially prestressed concrete T-beams having steel fibers over partial or full depth. Prestressed concrete T-beams having a shear span to depth ratio of 2.65 and 1.59 and failing in the shear have been analyzed using 'ANSYS'. The 'ANSYS' model accounts for the nonlinear phenomenon, such as, bond-slip of longitudinal reinforcements, post-cracking tensile stiffness of the concrete, stress transfer across the cracked blocks of the concrete and load sustenance through the bridging of steel fibers at crack interface. The concrete is modeled using 'SOLID65'-eight-node brick element, which is capable of simulating the cracking and crushing behavior of brittle materials. The reinforcements such as deformed bars, prestressing wires and steel fibers have been modeled discretely using 'LINK8' - 3D spar element. The slip between the reinforcement (rebar, fibers) and the concrete has been modeled using a 'COMBIN39'-non-linear spring element connecting the nodes of the 'LINK8' element representing the reinforcement and nodes of the 'SOLID65' elements representing the concrete. The 'ANSYS' model correctly predicted the diagonal tension failure and shear compression failure of prestressed concrete beams observed in the experiment. The capability of the model to capture the critical crack regions, loads and deflections for various types of shear failures in prestressed concrete beam has been illustrated.
Column shear failures observed during recent earthquakes and experimental data indicate that shear deformations are typically associated with the amount of transverse reinforcement, column aspect ratio, axial load, and a few other parameters. It was shown that in some columns shear displacements can be significantly large, especially after flexural yielding. In this paper, a piecewise linear model is developed to predict an envelope of the cyclic shear response including the shear displacement and corresponding strength predictions at the first shear cracking, peak strength, onset of lateral strength degradation, and loss of axial-load-carrying capacity. Part of the proposed model is developed using the analysis results from the Modified Compression Field Theory (MCFT). The results from the proposed model, which uses simplified equations, are compared with the column test data.
Reinforced concrete frames with a masonry infill panel is a structural typology frequently used worldwide. In seismic cases, the interaction between the masonry infill and the RC frames constitutes one of the most complex subjects in earthquake engineering. In this work, an enhancement of an existing numerical model is proposed to improve the estimation of lateral strength and stiffness of masonry-infilled frame structures and predict their probable failure modes. The proposed improvement is based on attributing corrective coefficients to the shear strength of each diagonal shear spring of the macro element, which simulates the masonry infill. The improved numerical model is validated by comparing the results with those of the original numerical model and with experimental results available in the literature. The enhanced macro element model can be used as a powerful, accessible tool for assessing the capacity and stiffness of masonry-infilled frame structures and predicting their probable failure modes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.1
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pp.195-202
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1994
In this research, a lot of triaxial test results (CID) are analyzed to study the curvature characteristics of failure envelope of sand and parametric relationship between shear strength and state parameter by Been and Jefferies. In the conventional triaxial tests, correction for the change of sectional area of a sample and for membrane influence is essential especially in order to determine critical state (or steady state) condition more correctly. Based on the test results, a model to express the shear strength of fine sand as a function of density and stress level is presented and curvature characteristics of shear failure envelope and parametric relationship between state parameter and shear strength parameters are evaluated.
Post-punching resistance of a flat slab can help redistribute the gravity loads and resist progressive collapse of a structure following initial damage. One important difficulty with accounting for the post-punching strength of a slab is the discontinuity that develops following punching shear. A numerical simulation technique is proposed here to model and evaluate post-punching resistance of flat slabs. It is demonstrated that the simulation results of punching shear and post-punching response of the model of a slab on a single column are in good agreement with corresponding experimental data. It is also shown that progressive collapse due to a column removal (explosion) can lead to punching failure over an adjacent column. Such failure can propagate throughout the structure leading to the progressive collapse of the structure. Through post-punching modeling of the slab and accounting for the associated discontinuity, it is also demonstrated that the presence of an adequate amount of integrity reinforcement can provide an alternative load path and help resist progressive collapse.
The bonding interface of the concrete slab track and cement-asphalt mortar layer plays an important role in transferring load and restraining the track slab's deformation for slab track structures without concrete bollards in high-speed railway. However, the interfacial bond-slip behavior is seldom considered in the structural analysis; no credible constitutive model has been presented until now. Elaborating the field tests of concrete to cement-asphalt mortar interface subjected to longitudinal and transverse shear loads, this paper revealed its bond capacity and failure characteristics. Interfacial fractures all happen on the contact surface of the concrete track slab and mortar-layer in the experiments. Aiming at this failure mechanism, an interfacial mechanical model that employed the bilinear local bond-slip law was established. Then, the interfacial shear stresses of different loading stages and the load-displacement response were derived. By ensuring that the theoretical load-displacement curve is consistent with the experiment result, an interfacial bond-slip constitutive model including its the corresponding parameters was proposed in this paper. Additionally, a finite element model was used to validate this constitutive model further. The constitutive model presented in this paper can be used to describe the real interfacial bonding effect of slab track structures with similar materials under shear loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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