Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.25
no.5
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pp.191-199
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2021
In seismic design, hollow section concrete columns offer advantages by reducing the weight and seismic mass compared to concrete section RC bridge columns. However, the flexure-shear behavior and spirals strain of hollow section concrete columns are not well-understood. Octagonal RC bridge columns of a small-scale model were tested under cyclic lateral load with constant axial load. The volumetric ratio of the transverse spiral hoop of all specimens is 0.00206. The test results showed that the structural performance of the hollow specimen, such as the initial crack pattern, initial stiffness, and diagonal crack pattern, was comparable to that of the solid specimen. However, the lateral strength and ultimate displacement of the hollow specimen noticeably decreased after the drift ratio of 3%. The columns showed flexure-shear failure at the final stage. Analytical and experimental investigations are presented in this study to understand a correlation confinement steel ratio with neutral axis and a correlation between the strain of spirals and the shear resistance capacity of steel in hollow and solid section concrete columns. Furthermore, shear strength components (Vc, Vs·, Vp) and concrete stress were investigated.
This paper presents an investigation on the shear resistance of corrugated web steel beams (CWBs) with a circular web opening. A total of five specimens with different diameters of web openings were designed and tested with vertical load applied on the top flange at mid-span. The ultimate strengths, failure modes, and load versus middle displacement curves were obtained from the tests. Following the tests, numerical models of the CWBs were developed and validated against the test results. The influence of the web plate thickness, steel grade, opening diameter, and location on the shear strength of the CWBs was extensively investigated. An XGBoost machine learning model for shear resistance prediction was trained based on 256 CWB samples. The XGBoost model with optimal hyperparameters showed excellent accuracy and exceeded the accuracy of the available design equations. The effects of geometric parameters and material properties on the shear resistance were evaluated using the SHAP method.
In this research, we tested 10 simply supported concrete-encased composite columns under monotonic eccentric loads and investigated their shear behaviour. The specimens tested were two reinforced concrete specimens, three steel-reinforced concrete (SRC) specimens with an H-shaped steel section (also called a beam section), and five SRC specimens with a cruciform-shaped steel section (also called a column section). The experimental variables included the transverse steel shape's depth and the longitudinal steel flange's width. Experimental observations indicated the following. (1) The ultimate load-carrying capacity was controlled by web compression failure, defined as a situation where the concrete within the diagonal strut's upper end was crushed. (2) The composite effect was strong before the crushing of the concrete outside the steel shape. (3) We adjusted the softened strut-and-tie SRC (SST-SRC) model to yield more accurate strength predictions than those obtained using the strength superposition method. (4) The MSST-SRC model can more reasonably predict shear strength at an initial concrete softening load point. The rationality of the MSST-SRC model was inferred by experimentally observing shear behaviour, including concrete crushing and the point of sharp variation in the shear strain.
A wide range of experimental bases and improved performance with different forms of Fiber Reinforced Polymer (FRP) have attracted researchers to produce eco-friendly and sustainable structures. The reinforced concrete (RC) beam's shear capacity has remained a complex phenomenon because of various parameters affecting. Design recommendations for the shear capacity of RC elements having FRP reinforcement need a more experimental database to improve design recommendations because almost all the recommendations replace different parameters with FRP's. Steel and FRP are fundamentally different materials. One is ductile and isotropic, whereas the other is brittle and orthotropic. This paper presents experimental results of the investigation on the beams with glass fiber reinforced polymer (GFRP) reinforcement as longitudinal bars and stirrups. Total twelve beams with GFRP reinforcement were prepared and tested. The cross-section of the beams was rectangular of size 230 × 300 mm, and the total length was 2000 mm with a span of 1800 mm. The beams are designed for simply-supported conditions with the two-point load as per specified load positions for different beams. Flexural reinforcement provided is for the balanced conditions as the beams were supposed to test for shear. Two main variables, such as shear span and spacing of stirrups, were incorporated. The beams were designed as per American Concrete Institute (ACI) ACI 440.1R-15. Relation of VExp./VPred. is derived with axial stiffness, span to depth ratio, and stirrups spacing, from which it is observed that current design provisions provide overestimation, particularly at lower stirrups spacing.
PURPOSES: In Korea, rapid maintenance of distressed concrete pavement is required to prevent traffic jam of the highway. Asphalt concrete overlay has been used as a general maintenance method of construction for aged concrete pavement. AC overlay on existing concrete pavements experience various early distresses such as reflection crack, pothole and rutting, due to different physical characteristics between asphalt overlay and existing concrete pavement. Bonded concrete overlay(BCO) is a good alternative since it has advantages that can reduce various distresses during the service life since overlay material has similar properties with existing concrete pavements. Recently, BCO which uses the ultra rapid harding cement has been applied for maintenance of highway. BCO has advantage of structural performance since it does monolithic behave with existing pavement. Therefore, it is important to have a suitable bond strength criteria for securing performance of BCO. Bond strength criteria should be larger than normal tensile stress and horizontal shear stress occurred by traffic and environmental loading at bond interface. Normal tensile stress and horizontal shear stress need to estimated for the establishment of practical bond strength criteria. METHODS: This study aimed to estimate the bond stresses at the interface of BCO using the three dimensional finite element analysis. RESULTS: As a result of this study, major failure mode and maximum bond stress are evaluated through the analysis of normal tensile stress and horizontal shear stress for various traffic and environmental load conditions. CONCLUSIONS: It was known that normal tensile stresses are dominated by environmental loading, and, horizontal shear stresses are dominated by traffic loading. In addition, bond failure occurred by both of normal tensile stresses and horizontal shear stresses; however, normal tensile stresses are predominated over horizontal shear stresses.
The bi-axial and shear buckling behavior of laminated hypar shells having rhombic planforms are studied for various boundary conditions using the present mathematical model. In the present mathematical model, the variation of transverse shear stresses is represented by a second-order function across the thickness and the cross curvature effect in hypar shells is also included via strain relations. The transverse shear stresses free condition at the shell top and bottom surfaces are also satisfied. In this mathematical model having a realistic second-order distribution of transverse shear strains across the thickness of the shell requires unknown parameters only at the reference plane. For generality in the present analysis, nine nodes curved isoparametric element is used. So far, there exists no solution for the bi-axial and shear buckling problem of laminated composite rhombic (skew) hypar shells. As no result is available for the present problem, the present model is compared with suitable published results (experimental, FEM, analytical and 3D elasticity) and then it is extended to analyze bi-axial and shear buckling of laminated composite rhombic hypar shells. A C0 finite element (FE) coding in FORTRAN is developed to generate many new results for different boundary conditions, skew angles, lamination schemes, etc. It is seen that the dimensionless buckling load of rhombic hypar increases with an increase in c/a ratio (curvature). Between symmetric and anti-symmetric laminations, the symmetric laminates have a relatively higher value of dimensionless buckling load. The dimensionless buckling load of the hypar shell increases with an increase in skew angle.
Kim Sang-Woo;Chai Hyee-Dae;Lee Jung-Yoon;Lee Bum-Sik
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.3
s.87
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pp.435-444
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2005
This paper predicted the shear behavior of reinforced concrete columns using Transformation Angle Truss Model (TATM) considered the effects of bending moment and axial force. Nine columns with various shear span- to-depth ratios and axial force ratios were tested to verify the theoretical results obtained from TATM. Fine linear displacement transducers (LVDT) were attached to a side of the column near the shear critical region to measure the curvature, the longitudinal and transverse axial deformations, and the shear deformation of the column. The test was terminated when the value of the applied load dropped to about $85\%$ of the maximum-recorded load in the post-peak descending branch. All the columns were failed in shear before yielding of the flexural steel. The shear strength and the stiffness of the columns increased, as the axial force increased and the shear span-to-depth ratio decreased. Shear stress-shear strain and shear stress-strain of shear reinforcement curves obtained from TATM were agreed well with the test results in comparison to other truss models (MCFT, RA-STM, and FA-STM).
Wei, Xing;Shariati, M.;Zandi, Y.;Pei, Shiling;Jin, Zhibin;Gharachurlu, S.;Abdullahi, M.M.;Tahir, M.M.;Khorami, M.
Steel and Composite Structures
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v.27
no.3
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pp.389-399
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2018
A perforated shear connector group is commonly used to transfer shear in steel-concrete composite structures when the traditional shear stud connection is not strong enough. The multi-hole perforated shear connector demonstrates a more complicated behavior than the single connector. The internal force distribution in a specific multi-hole perforated shear connector group has not been thoroughly studied. This study focuses on the load-carrying capacity and shear force distribution of multi-hole perforated shear connectors in steel-concrete composite structures. ANSYS is used to develop a three-dimensional finite element model to simulate the behavior of multi-hole perforated connectors. Material and geometric nonlinearities are considered in the model to identify the failure modes, ultimate strength, and load-slip behavior of the connection. A three-layer model is introduced and a closed-form solution for the shear force distribution is developed to facilitate design calculations. The shear force distribution curve of the multi-hole shear connector is catenary, and the efficiency coefficient must be considered in different limit states.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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2001.10a
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pp.176-180
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2001
Steel fiber and polymer are used widely for reinforcement material of RC structures because of its excellences of the durability, serviceability as well as mechanical properties. The purpose of this study is investigate the shear behavior of high concrete beams input polymer-steel fibrous. The static test was carried out to measure the ultimate load, the initial load of flexural and diagonal cracking, crack patterns and fracture modes. Also, load-strain and load-deflection examined, during the test cracks are sketched the load values according to grow of crack.
The purpose of this paper is to investigate the buckling characteristics of a conceptually designed KALIMER-150(Korea Advanced LIquid MEtal Reactor, 150MWe) reactor vessel and verify the buckling behavior using the reduced scale cylindrical shell structures. To do this, nonlinear buckling analyses using finite element method and evaluation formulae are carried out. From the results, the KALIMER-150 reactor vessel exhibits a dominant bending buckling mode and is significantly affected by the plastic behavior. The interaction effects with the vertical seismic load cause the lateral buckling load to be slightly decrease. From the results of the buckling experiments using reduced scaled cylindrical shell structures, it is verified that the buckling modes such as pure bending, pure shear, and mixed(bending plus shear) mode clearly appear under a lateral load corresponding to the slenderness ratio of cylinder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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