• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제7권4호
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• pp.303-317
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• 2013

This study evaluates the shear strength of steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams from a database, which consists of extensive experimental results of 222 SFRC beams having no stirrups. In order to predict the analytical shear strength of the SFRC beams more precisely, the selected beams were sorted into six different groups based on their ultimate concrete strength (low strength with $f_c^{\prime}$ <50 MPa and high strength with $f_c^{\prime}$ <50 MPa), span-depth ratio (shallow beam with $a/d{\geq}2.5 $and deep beam with a/d<2.5) and steel fiber shape (plain, crimped and hooked). Principal component and multiple regression analyses were performed to determine the most feasible model in predicting the shear strength of SFRC beams. A variety of statistical analyses were conducted, and compared with those of the existing equations in estimating the shear strength of SFRC beams. The results showed that the recommended empirical equations were best suited to assess the shear strength of SFRC beams more accurately as compared to those obtained by the previously developed models.

• Computers and Concrete
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• 제11권1호
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• pp.21-37
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• 2013

High-performance concrete (HPC) usually has higher paste and lower coarse aggregate volumes than normal concrete. The lower aggregate content of HPC can affect the shear capacity of concrete members due to the formation of smooth fractured surfaces and the subsequent development of weak interface shear transfer. Therefore, an experimental investigation was conducted to study the shear strength and cracking behavior of full-scale reinforced beams made with low-cement-content high-performance concrete (LcHPC) as well as conventional HPC. A total of fourteen flexural reinforced concrete (RC) beams without shear reinforcements were tested under a two-point load until shear failure occurred. The primary design variables included the cement content, the shear span to effective depth ratio (a/d), and the tensile steel ratio (${\rho}_w$). The results indicate that LcHPC beams show comparable behaviors in crack and ultimate shear strength as compared with conventional HPC beams. Overall, the shear strength of LcHPC beams was found to be larger than that of corresponding HPC beams, particularly for an a/d value of 1.5. In addition, the crack and ultimate shear strength increased as a/d decreased or ${\rho}_w$ increased for both LcHPC beams and HPC beams. This investigation established that LcHPC is recommendable for structural concrete applications.

• Computers and Concrete
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• 제24권6호
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• pp.513-525
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• 2019

In this work, an experimental research has been performed on Steel Fiber-Steel Reinforced Concrete (SFSRC)specimens subjected to four-point bending tests to evaluate the feasibility of mutual replacement of steel fibers and conventional reinforcement through studying failure modes, load-deflection curves, stiffness of characteristic points, stiffness degradation curves and damage analysis. The variables considered in this experiment included steel fiber volume percentage with and without conventional reinforcements (stirrups or steel fibers) with shear span depth ratios of S/D=2.5 and 3.5. Experimental results revealed that increasing the volume percentage of steel fiber decreased the creation and propagation of shear and bond cracks, just like shortening the stirrups spacing. Higher crack resistance and suturing ability of steel fiber can improve the stability of its bearing capacity. Both steel fibers and stirrups improved the stiffness and damage resistance of specimens where stirrups played an essential role and therefore, the influence of steel fibers was greatly weakened. Increasing S/D ratio also weakened the effect of steel fibers. An equation was derived to calculate the bending stiffness of SFSRC specimens, which was used to determine mid span deflection; the accuracy of the proposed equation was proved by comparing predicted and experimental results.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.189-199
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• 2014

최근 들어, 압축강도가 서로 다른 프리캐스트 콘크리트와 현장타설 콘크리트의 합성 부재의 사용이 증가하고 있지만 현행 콘크리트 구조기준에는 서로 다른 강도로 복합화된 부재의 수직 전단강도에 대해 검증되지 않은 다양한 계산법들이 제시되어있다. 그래서 이번 연구에서는 기존에 연구되었던 무횡보강 합성보와 같은 철근비와 전단경간비를 갖는 횡보강 합성보의 전단강도 실험을 통해 횡보강 합성 부재의 전단강도에 대해 알아보았다. 변수로는 단면형상, 전단철근 간격, 그리고 전단경간비(a/d)를 고려하였다. 실험 결과와 현행 기준에서 제시하는 합성 부재의 수직전단강도 기준식을 비교하였다. 실험 결과를 분석해보면 횡보강 부재의 수직전단강도는 유효콘크리트 강도와 압축대 콘크리트 강도에 영향을 받았고 휨 균열 강성에 비례하였고 압축대 콘크리트 강도에 따라 전단철근의 기여도의 차이를 보였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제9권2호
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• pp.131-158
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• 2009

This paper presents a modelling technique for the nonlinear analysis of composite steel-concrete beams with partial shear interaction. It extends the applicability of two stiffness elements previously derived by the authors using the direct stiffness method, i.e. the 6DOF and the 8DOF elements, to account for material nonlinearities. The freedoms are the vertical displacement, the rotation and the slip at both ends for the 6DOF stiffness element, as well as the axial displacement at the level of the reference axis for the 8DOF stiffness element. The solution iterative scheme is based on the secant method, with the convergence criteria relying on the ratios of the Euclidean norms of both forces and displacements. The advantage of the approach is that the displacement and force fields of the stiffness elements are extremely rich as they correspond to those required by the analytical solution of the elastic partial interaction problem, thereby producing a robust numerical technique. Experimental results available in the literature are used to validate the finite element proposed in the paper. For this purpose, those reported by Chapman and Balakrishnan (1964), Fabbrocino et al. (1998, 1999) and Ansourian (1981) are utilised; these consist of six simply supported beams with a point load applied at mid-span inducing positive bending moment in the beams, three simply supported beams with a point load applied at mid-span inducing negative bending moment in the beams, and six two-span continuous composite beams respectively. Based on these comparisons, a preferred degree of discretisation suitable for the proposed modelling technique expressed as a function of the ratio between the element length and depth is proposed, as is the number of Gauss stations needed. This allows for accurate prediction of the nonlinear response of composite beams.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2000년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.485-490
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• 2000

This paper describes the application of discretized continuum-type optimality criteria (DCOC) for minimum-cost design of the reinforced concrete frame structures consisting of beams and columns. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, reinforced steel and formwork is minimized. The design constraints include limits on the maximum deflection at a prescribed node, bending and shear strengths in beams, uniaxial bending strength of columns according to design codes(CEB/FIP, 1990). In the first stage, only beams with uniform cross-sectional parameters per span are considered. But the steel ratio is allowed to vary freely. The cross-sectional parameters and steel ratio in each column are assumed to be uniform for practical reasons. Optimality criteria is given based on the well known Kuhn-Tucker necessary conditions, followed by an iterative procedure for designs when the design variables are the depth and the steel ratio. The versatility of the DCOC technique has been demonstrated by considering numerical examples which have one-bay four-storey frame.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.113-123
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• 2006

콘크리트 부재의 내진설계에 있어 강도와 더불어 변형 능력은 중요한 요소이다. 연결보는 전단 지배 부재임에도 항복 이후 소성 변형을 요구하는 부재인데 본 연구에서는 연결보의 변형 능력에 대한 실험을 통해 변형 모형을 제시하였다. 일반적인 배근 형태를 가진 철근 콘크리트 연결보를 대상으로 단조하중실험을 수행하였다. 경간-깊이비, 휨 철근비, 전단 철근비를 변수로 하여 연결보의 거동을 평가하였다. 전단 지배 부재인 연결보는 아치작용과 트러스 작용으로 전단력에 대해 저항하는데 실험 결과를 통해 전단력을 두 작용의 구분과 항복 강도 발현 이후 소성 변형에 따른 두 작용의 구성비 변화에 대해 분석하였다. 실험결과에 기초한 전단 철근과 휨 철근의 변형률 분포 모형을 이용하여 휨 철근의 응력 상태를 산정하였다. 휨 철근의 부착-미끄러짐에 의해 결정되는 균열폭을 고려하는 연결보의 변형 모형을 제시하였다. 항복 상태는 휨 철근의 항복 시점으로 정의하였고, 극한 상태는 변형 증가에 따른 스트럿의 압축 강도 저하에 의해 결정되었다. 이 변형 모형은 변위기초설계에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권3호
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• pp.165-172
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• 2019

본 논문에서는 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 유한요소법을 이용한 수치해석으로 예측해 보았다. 프리스트레스의 정도를 주요 변수로 하여 전단 강도의 변화를 살펴보았다. 유한요소해석 프로그램인 Abaqus를 사용하여 CDP재료 모델과 초기조건을 설정함으로 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 비교적 정확하게 예측할 수 있으며 오차는 5%이하였다. 또한 깊은 보의 strut-and-tie 모델과 동일한 형태를 나타냈으며, 해석이 타당하다고 본다. 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 예측하기 위해 제안된 수식으로 전단 강도를 계산하였을 때 실제 전단 강도보다 큰 수치를 얻었다. 텐던에 가해진 프리스트레스의 크기가 커질수록 깊은 보의 전단 강도는 선형적으로 증가하는 현상을 보였다. 깊은 보의 전단 강도를 효과적으로 증가시키기 위해 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보를 활용할 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.1065-1079
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• 2014

철근콘크리트 코벨의 파괴거동은 코벨의 전단경간비 및 주인장 철근비를 포함한 여러 변수들로 인해 복잡하다. 이 논문에서는 철근콘크리트 코벨의 강도 및 거동 특성을 논리적이고 합리적인 방법으로 반영하여 전단경간비가 1.0 이하인 철근콘크리트 코벨을 설계할 수 있는 단순한 형태의 1차 부정정 트러스 구조의 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 또한 부정정 스트럿-타이 모델을 정정 트러스 구조의 스트럿-타이 모델로 변환시켜 현행 스트럿-타이 모델 설계기준에 의한 코벨의 설계를 가능하게 하는 하중분배율을 제안하였다. 하중분배율 결정 시 스트럿과 타이의 재료적 비선형 거동을 고려할 수 있는 부정정 스트럿-타이 모델의 비탄성 구조해석을 통해 철근콘크리트 코벨의 강도 및 거동을 지배하는 전단경간비, 주인장 철근비, 수직하중에 대한 수평하중의 비, 그리고 콘크리트의 압축강도 등의 주요설계변수들의 영향을 반영하였다. 이 연구에서 제안한 부정정 스트럿-타이 모델 및 하중분배율의 적합성을 검증하기 위해 파괴실험이 수행된 다수의 철근콘크리트 코벨의 극한강도를 평가하였으며, 그 결과를 ACI 318-11의 전통적인 설계기준 및 정정 트러스 구조의 스트럿-타이 모델을 기반으로 하는 현행 주요 설계기준의 스트럿-타이모델 방법에 의한 평가결과와 비교분석하였다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.73-84
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• 2016

This study analyzes the four composition elements : profile, anchorage and connection, material and member rigidity, stability, as the main composition design elements of flexure structure systems, in order to explore possibilities for more various structure designs in architectures with flexure structure system. It also examines typical design methods that use the mentioned four composition elements. At the results, this research presents an understanding of the differences between funicular shape and non-funicular shape and mechanical features of the shapes in the profile element, regarding to the ratio of rise height to span length(f/l). Also, the typical design methods are presented for the designable usages of the hinge joints and the fix joints, and for the applications of member rigidity expressed by the index of the ratio of member depth to span length(d/l). And it was presented that connection styles, addition of brace members, placement of shear walls are the main design methods in the stability element. This data would be useful to architectural designs concerning integrated design with structures.