A theory is proposed to predict the response of the load-deformation relationship of the reinforced concrete structures under the service state after cracking. The crack direction and concrete strains through the loading history before failure can be estimated by this theory based on the rotating crack model, which considers equilibrium, compatibility conditions, and average stress-strain relationship. The proposed crack direction and deformation show good agreement with test results under service state. The behavior of a variety of concrete structures, such as shear walls, deep beams and the web of box girders, can be predicted by this proposed theory under service state.
A simple unbonded-type shear strengthening technique for reinforced concrete beams using wire rope units is developed. Six two-span continuous T-beams externally strengthened with wire rope units and an unstrengthened control beam were tested. The main variables investigated were the amount and prestressing force of wire rope units. All specimens had the same geometrical dimension and arrangement of internal reinforcement. Influence of the distribution of vertical stresses in beam web owing to the prestressing force of wire rope units on the diagonal shear cracking load and the ultimate shear capacity of beams tested is presented. Based on the current study, it can be concluded that the amount and initial prestress of wire rope should be limited to be above 2.5 times the minimum shear reinforcement ratio specified in ACI 318-05 and below 0.6 times its own tensile strength, respectively, to ensure the enhancement of shear capacity and ductile failure mode of the strengthened beams. A numerical analysis based on the upper-bound theorem is developed to assess the shear capacity of continuous T-beams strengthened with wire rope units. From the comparisons of measured and predicted shear capacities, a better agreement is achieved in the proposed numerical analysis than in empirical equations recommended by ACI 318-05.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.4A
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pp.237-244
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2012
There is mounting recognition among concrete researchers that fiber reinforcement makes up for the inherent weakness in resisting tensile force of structural concrete. In practice of application of the fiber to concrete, however, several problems still remain to solve for assuring a uniform mix quality. The Kagome truss that is widely used in mechanical engineering field seems to be a good replacement for the steel fiber. This paper presents the test results of a pilot study for the concrete members reinforced by Kagome truss which is a periodic cellular metal of wire-woven. Three types of Kagome truss bulk were prefabricated and filled with normal concrete to make small-scaled test beams. The beams reinforced by a normal steel stirrups were also tested up to failure to compare the behavioral results. From the results obtained, it is appeared that comparing with beams reinforced by normal stirrups, the beams reinforced by Kagome truss showed better performance in load carrying capacity as well as ductility. Therefore, the Kagome truss is proved to be a good web shear reinforcing material.
Arched Corrugated Steel Roof (ACSR) is a kind of thin-walled steel shell, composing of arched panels with transverse small corrugations. Four full-scale W666 ACSR samples with 18m and 30m span were tested under full and half span static vertical uniform loads. Displacement, bearing capacities and failure modes of the four samples were measured. The web and bottom flange in ACSR with transverse small corrugations are simplified to anisotropic curved plates, and the equivalent tensile modulus, shear modulus and Poisson's ratio of 18m span ACSR were measured. Two 18 m-span W666 ACSR samples were analyzed with the Finite Element Analysis program ABAQUS. Base on the tests, the limit bearing capacity of ACSR is low, and for half span loading, it is 74-75% compared with the full span loading. When the testing load approached to the limit value, the bottom flange at the sample's bulge place locally buckled first, and then the whole arched roof collapsed suddenly. If the vertical loads apply along the full span, the deformation shape is symmetric, but the overall failure mode is asymmetric. For half span vertical loading, the deformation shape and the overall failure mode of the structure are asymmetric. The ACSR displacement under the vertical loads is large and the structural stiffness is low. There is a little difference between the FEM analysis results and testing data, showing the simplify method of small corrugations in ACSR and the building techniques of FEM models are rational and useful.
This paper presents an experimental study of three two-dimensional (2D/planar) steel reinforced concrete (SRC) T-shaped column-RC beam hybrid joints and six 3D SRC T-shaped column-steel beam hybrid joints under low cyclic reversed loads. Considering different categories of steel configuration types in column cross section and horizontal loading angles for the specimens were selected, and a reliable structural testing system for the spatial loading was employed in the tests. The load-displacement curves, carrying capacity, energy dissipation capacity, ductility and deformation characteristics of the test subassemblies were analyzed. Especially, the seismic performance discrepancies between planar hybrid joints and 3D hybrid joints were intensively compared. The failure modes for planar loading and spatial loading observed in the tests showed that the shear-diagonal compressive failure was the dominating failure mode for all the specimens. In addition, the 3D hybrid joints illustrated plumper hysteretic loops for the columns configured with solid-web steel, but a little more pinched hysteretic loops for the columns configured with T-shaped steel or channel-shaped steel, better energy dissipation capacity & ductility, and larger interlayer deformation capacity than those of the planar hybrid joints. Furthermore, it was revealed that the hysteretic loops for the specimens under $45^{\circ}$ loading angle are generally plumper than those for the specimens under $30^{\circ}$ loading angle. Finally, the effects of steel configuration type and loading angle on the seismic damage for the specimens were analyzed by means of the Park-Ang model.
Twelve reinforced concrete continuous deep beams having web openings within interior shear spans were tested to failure. All beams tested had the same geometrical dimensions. The main variables investigated were the opening size and amount of inclined reinforcement around openings. An effective inclined reinforcement factor combining the influence of the opening size and amount of inclined reinforcement on the structural behavior of the beams tested is proposed. It was observed that the load distribution, diagonal crack width, and load capacity of beams tested were greatly dependent on the effective inclined reinforcement factor which ranged from 0 to 0.171 for the test specimens. The higher this factor, the smaller the diagonal crack width and its development rate. A higher load capacity also developed in beams having effective inclined reinforcement factor above 0.077 than in the corresponding solid deep beams. A numerical technique based on the upper bound analysis of the plasticity theory is proposed to evaluate the load capacity of continuous deep beams having openings within interior shear spans. Predictions obtained from the proposed formulas are in good agreement with test results.
Sixteen reinforced concrete beams were tested statically up to failure to investigate the arch action. Major variables were the shear span to depth ratio, steel ratio and existence of stirrups.The arch action in reinforced concrete beams started when flexural cracks appeared at the center of the span. Due to the reduction of internal moment arm length by the development of arch action, the measured steel tension was significantly higher than the calculated. As the shear span to depth ratio arid steel ratio decrease, the arch action in reinforced concrete eams
increases. Over the entire length the force in the steel of no web reinforced beams having smaller a /d ratio than 3 was constant because the beams acted as a tied arch.
Huang, Zhi;Jiang, Li-Zhong;Chen, Y. Frank;Luo, Yao;Zhou, Wang-Bao
Steel and Composite Structures
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v.26
no.6
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pp.719-731
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2018
Concrete filled steel tubular (CFST) laced columns have been widely used in high rise buildings in China. Compared to solid-web columns, this type of columns has a larger cross-section with less weight. In this paper, four concrete filled steel tubular laced columns consisting of 4 main steel-concrete tubes were tested under cyclic loading. Hysteresis and failure mechanisms were studied based on the results from the lateral cyclic loading tests. The influence of each design parameter on restoring forces was investigated, including axial compression ratio, slenderness ratio, and the size of lacing tubes. The test results show that all specimens fail in compression-bending-shear and/or compression-bending mode. Overall, the hysteresis curves appear in a full bow shape, indicating that the laced columns have a good seismic performance. The bearing capacity of the columns decreases with the increasing slenderness ratio, while increases with an increasing axial compression ratio. For the columns with a smaller axial compression ratio (< 0.3), their ductility is increased. Furthermore, with the increasing slenderness ratio, the yield displacement increases, the bending failure characteristic is more obvious, and the hysteretic loops become stouter. The results obtained from the numerical analyses were compared with the experimental results. It was found that the numerical analysis results agree well with the experimental results.
A single plate connection(SPC) consists of a plate welded to the columns and bolts connected to the beam web. The SPC is widely used for a simple shear connection of steel structure because it is easy-to-fabricated, easy-to-installed and economical. The conventional SPC is used for 2 to 12 bolts in a single vertical row. It is designed to limit the plate thickness by bolt diameter to obtain flexible and ductile connections. The design strength for eccentric shear shall be the lesser of the shear strength of bolts or bearing strength of plate and when the design strength is decided by edge distance failure, the results can be very conservative. Although the research on special solution for 'weak-plate/strong-bolt' model with 2 to 4 bolts has been conducted by L. S. Muir, and W. A. Thonton, 2004, study on generalized design procedures did not conduct. This study proposed design procedure for evaluation of the design strength of eccentric shear bolt groups on a single plate connection based on the actual edge distance and the direction of bolt reaction forces by using elastic vector method(EVM) and instantaneous center of rotation method(ICM).
Choi, Sung Mo;Park, Su Hee;Park, Young Wook;Kim, Jin Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.3
s.76
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pp.325-335
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2005
This study tackles the development of an improved detail of partially restrained CFT square column-to-beam connection and the evaluation of its mechanical behavior under monotonic loading. The connection is designed to strengthen shearing capacity at the bottom of the connection due to the ultimate behavior of PR-CC by its detail of the bottom connection and simplify the fabrication process. The suggested connection is the welded bottom beam flange connection(M-2) and is compared with the existing PR-CC of bolted seat angle connection(M-1). Two specimens were fabricated in actual size and tested under monotonic loading. Based on the test results, the welded bottom beam flange connection exhibited about 85% of the stiffness of steel beam. It was similar to the bolted seat angle connection and behaved as PR-CC. The specimen of the supposed connection type failed at the shear connection of web but was similar to the bolted seat angle connection until the failure. It obtained sufficient stiffness and capacity through the reinforcingsteel and the capacity and deformational ability equivalent to the full-plastic moment through the anchor inside the steel tube at the web connection. So, it can be said that the suggested connection exhibits sufficient ductile behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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