The Current design procedures of ACI 318-02 and CEB-FIP for the exterior beam-column joints do not provide engineers with a clear understanding of the physical behavior of the beam-column joints. In this paper, the failure strengths of the exterior beam-column joint specimens tested to failure were evaluated using the approach implementing 3-dimensional strut-tie models, design criteria of ACI 318-02, ACI-ASCE committee 352 and Park and paulay, and softened strut-tie model approach. The analysis results obtained from the 3-dimensional strut-tie models were compared with those obtained from the other approaches, and the validity of the approach implementing 3-dimensional strut-tie models were examined.
The current design procedures of ACI 318-02, CE3-FIP and NZS 3101 for interior beam-column joints do not provide engineers with a clear understanding of the physical behavior of beam-column joints. In this paper, the failure strengths of the interior beam-column joint specimens tested to failure were evaluated using the 3-dimensional strut-tie model approach, design criteria of ACI 318-02, ACI-ASCE committee 352 and Park and paulay, and softened strut-tie model approach. The analysis results obtained from the 3-dimensional strut-tie model approach were compared with those obtained from the other approaches, and the validity of the approach implementing a 3-dimensional strut-tie model was examined.
Reinforced concrete deep beams have useful applications in tall buildings and foundations. Over the past two decades, numerous design models for deep beams were suggested. However even the latest design manuals still offer little insight into the design of deep beams in particular when complexities exist in the beams like web openings. A method commonly suggested for the design of deep beams with openings is the strut-and-tie model which is primarily used to represent the actual load transfer mechanism in a structural concrete member under ultimate load. In the present study, the development of the strut-and-tie model is transformed to the topology optimization problem of continuum structures. During the optimization process, both the stress and displacement constraints are satisfied and the performance of progressive topologies is evaluated. The influences on the strut-and-tie model in relation to different size, location and number of openings, as well as different loading and support conditions in deep beams are examined in some detail. In all, eleven deep beams with web openings are optimized and compared in nine groups. The optimal strut-and-tie models achieved are also compared with published experimental crack patterns. Numerical results have shown to confirm the experimental observations and to efficiently represent the load transfer mechanism in concrete deep beams with openings under ultimate load.
This paper presents an evaluation of the behavior and strength of two pre-tensioned concrete deep beams tested to failure with using the nonlinear strut-tie model approach. In the approach, the effective prestressing forces represented be equivalent external loads are gradually introduced along its transfer length in the nearest strut-tie model joints, the friction at the interface of main diagonal shear cracks is modeled by diagonal struts along the direction of the cracks in strut tie-model, and additional positioning of concrete ties a the place of steel ties is incorporated. Through the analysis of pre-tensioned concrete deep beams, the nonlinear strut-tie model approach proved to present effective solutions for prediction the essential aspects of the behavior and strength of pre-tensioned concrete deep beams.
본 논문에서는 전편논문에서 제안한 부정정 스트럿-타이 모델 및 하중분배율 결정식을 ACI 318-05 스트럿-타이 모델 설계기준에 적용하여 파괴실험이 수행된 229개 단순지지 철근콘크리트 깊은 보의 극한강도를 평가하였다. 또한 229개 깊은 보의 극한강도를 실험식, 실험 전단강도모델에 기초한 설계기준, 이론 전단강도모델에 기초한 설계기준, 그리고 현 스트럿-타이 모델 설계기준 등으로 평가하고, 그 결과를 본 연구의 방법에 의한 결과와 비교분석하여 본 연구에서 제안한 방법의 적합성을 검증하였다.
The goal of this study is to conceptually orientate optimized layouts of outrigger belt trusses which are in widespread use today in the design of tall buildings by strut-and-tie truss models utilizing a topology optimization method. In this study unknown strut-and-tie models are realized by using a typical SIMP method of topology optimization methods. In tradition strut-and-tie model designs find the appropriate strut-and-tie trusses along force paths with respect to elastic stress distribution, and then engineers or designers determine the most proper truss models by experience and intuition. It is linked to a trial-and-error procedure based on heuristic strategies. The presented strut-and tie model design by using SIMP provides that belt truss models are automatically and robustly produced by optimal layout information of struts-and-ties conforming to force paths without any trial-and-error. Numerical applications are studied to verify that outrigger belt trusses for tall buildings are optimally chosen by the proposed method for both static and dynamic responses.
Hong, Sung-Gul;Lee, Soo-Gon;Hong, Seongwon;Kang, Thomas H.K.
Computers and Concrete
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제17권2호
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pp.157-172
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2016
This paper presents a Strut-and-Tie Model for reinforced concrete (RC) columns subject to lateral loading. The proposed model is based on the loading path for the post-yield state, and the geometries of struts and tie are determined by the stress field of post-yield state. The analysis procedure of the Strut-and-Tie Model is that 1) the shear force and displacement at the initial yield state are calculated and 2) the relationship between the additional shear force and the deformation is determined by modifying the geometry of the longitudinal strut until the ultimate limit state. To validate the developed model, the ultimate strength and associated deformation obtained by experimental results are compared with the values predicted by the model. Good agreements between the proposed model and the experimental data are observed.
스트럿-타이 모델 방법은 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계에 효과적인 방법으로 알려져 있다. 그러나 하중이나 기하학적 조건이 복잡한 경우 현행 설계기준의 스트럿-타이 모델 방법은 스트럿-타이 모델의 선정, 스트럿-타이 모델의 구조형식, 그리고 구성요소의 유효강도 측면에서의 불확실성으로 인해 콘크리트 구조부재의 합리적인 설계가 어려운 부분이 있다. 본 연구에서는 이러한 불확실성을 개선하기 위해 콘크리트 구조부재의 기하학적 형상을 바탕으로 초기격자모델을 구성하고 간단한 최적화 알고리즘을 이용하여 콘크리트 스트럿과 철근 타이의 하중전달능력을 결정함으로써 다양한 하중조건에 적합한 스트럿-타이 모델의 선정과 동시에 일관된 설계를 수행할 수 있는 격자 스트럿-타이 모델 방법을 제안하였다. 철근콘크리트 깊은 보의 극한강도평가와 개구부를 가지는 벽체의 설계를 통해 제안한 방법의 타당성과 효율성을 검증하였다.
Beam-column joints of the skeleton structure can be classified as geometrical D-region, where the assumption of Bernoulli is not applicable. For the detailing of D-region in concrete structure, "Strut-and-Tie' Model is a very powerful tool, which has been widely used by practical engineers. This paper shows how the methodology of Strut-and-Tie Model can be applied for the various cases of beam-column joints. We can find this mechanical model does not give only an appropriate answer to the given problem but also a better insight to the structral behavior of beam-column joints.
스트럿-타이 모델 방법을 이용한 콘크리트 구조부재의 설계 시 구조부재 내부의 하중전달 메커니즘을 대변하는 스트럿-타이 모델을 형성하는 일은 어렵다. 스트럿-타이 모델 형성의 어려움을 극복하고 하나의 스트럿-타이 모델을 이용하여 다양한 여러 하중조합을 고려하고자 2차원 격자 스트럿-타이 모델 방법이 제안되었으나, 이 방법에 도입된 스트럿의 유효강도 결정방법, 스트럿과 타이의 하중전달능력 결정방법, 그리고 스트럿-타이 모델의 기하학적 적합조건 검토방법 등을 비롯한 몇 가지의 기본개념에 관한 내용만 소개되었을 뿐 이 방법의 타당성 검증에 대한 연구는 매우 미흡하다. 따라서 이 연구에서는 철근콘크리트 깊은 보의 정확한 해석과 경제적이고 안전한 설계를 위하여 기 제안된 2차원 격자 스트럿-타이 모델 방법의 적합성을 검증하였다. 이를 위하여 파괴실험이 수행된 다수의 철근콘크리트 깊은 보의 파괴강도를 2차원 격자 스트럿-타이 모델 방법, 현행 설계기준의 단면법, 그리고 현행 설계기준의 전통적인 스트럿-타이 모델 방법으로 예측하였으며, 그 예측 결과의 비교분석을 통해 기제안된 2차원 격자 스트럿-타이 모델 방법의 타당성을 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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