Emad Ghandourah;Muzamal Hussain;Mohamed A. Khadimallah;Mashhour Alazwari;Mohamed R. Ali;Mohammed A. Hefni
Computers and Concrete
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v.31
no.1
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pp.1-7
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2023
In this paper, Timoshenko-beam model is developed for the vibration of double carbon nanotubes. The resulting frequencies are gained for axial wave mode and length-to-diameter ratios. The natural frequency becomes more prominent for lower length-to-diameter ratios and diminished for higher ratios. The converse behavior is observed for axial wave mode with clamped-clamped and clamped-free boundary conditions. The frequencies of clamped-free are lower than that of clamped-clamped boundary condition. The eigen solution is obtained to extract the frequencies of double walled carbon nanotubes using Galerkin's method through axial deformation function. Computer softer MATLAB is used for formation of frequency values. The frequency data is compared with available literature and found to be in agreement.
This paper describes the experimental and numerical investigations of octagonal Concrete-Filled Double Skinned Steel Tube (CFDST) short columns under the influence of various internal sizes of the circular and square steel tubes, with constant cross-sectional dimensions of the external octagonal steel tube under concentric loading. The non-linear finite element analysis of octagonal CFDST columns was executed using the ABAQUS to forecast and compare the axial compression behavior influenced by the various sizes of internal circular and square steel tubes. The study shows that the axial compressive strength and ductility of octagonal CFDST columns were significantly influenced by various internal dimensions of the circular and square steel tubes with the strengths of constituent materials.
The longitudinal axial strain in the plastic hinge region of reinforced concrete (RC) columns influences on the structural behavior of RC structures subjected to reversed cyclic loading. This strain decreases the effective compressive strength of concrete and increases the lateral displacements between stories by causing the elongation of member length. This paper investigated the effects of the axial force on the elongation of a RC member by using a sectional analysis of RC members. The analytical and experimental results indicated that the axial force decreased the axial strain in the plastic hinge region of RC columns. In this study, a model was proposed to predict the axial strain of RC columns. The proposed model considering the effects of axial force ratio consisted of three path types ; Path 1-loading region, Path 2-unloading region, and Path 3-reversing cyclic loading region. The axal strains predicted by the proposed model were compared with the test results of RC columns with various axial force ratios, and agreed reasonably with the observed longitudinal strains.
This paper studies the seismic behavior of reinforced concrete (RC) walls with encased cold-formed and thin-walled (CFTW) steel truss, which can be used as an alternative to the conventional RC walls or steel reinforced concrete (SRC) composite walls for high-rise buildings in high seismic regions. Seven one-fourth scaled RC wall specimens with encased CFTW steel truss were designed, manufactured and tested to failure under reversed cyclic lateral load and constant axial load. The test parameters were the axial load ratio, configuration and volumetric steel ratio of encased web brace. The behaviors of the test specimens, including damage formation, failure mode, hysteretic curves, stiffness degradation, ductility and energy dissipation, were examined. Test results indicate that the encased web braces can effectively improve the ductility and energy dissipation capacity of RC walls. The steel angles are more suitable to be used as the web brace than the latticed batten plates in enhancing the ductility and energy dissipation. Higher axial load ratio is beneficial to lateral load capacity, but can result in reduced ductility and energy dissipation capacity. A volumetric ratio about 0.25% of encased web brace is believed cost-effective in ensuring satisfactory seismic performance of RC walls. The axial load ratio should not exceed the maximum level, about 0.20 for the nominal value or about 0.50 for the design value. Numerical analyses were performed to predict the backbone curves of the specimens and calculation formula from the Chinese Code for Design of Composite Structures was used to predict the maximum lateral load capacity. The comparison shows good agreement between the test and predicted results.
This paper aims to analytically study the effect of loading conditions and confinement type on the mechanical properties of the concrete-steel composite columns under axial compressive loading. The axial loading is applied to the composite columns in the two ways; only on the concrete core, and on the concrete core and steel tube simultaneously, which are called steel tube-confined concrete (STCC) and concrete-filled steel tube (CFST) columns, respectively. In addition, the confinement is investigated in the three types of passive, short-term active and long-term active confinement. Nonlinear finite element 3D models for analyzing these columns are developed using the ABAQUS program, and then these models are verified with respect to the recent experimental results reported by the authors on the STCC and CFST columns experiencing active and passive confinements. Axial and lateral stress-strain curves as well as the failure mode for qualitative verification, and compressive strength for quantitative verification are considered. It is found that there is a good consistency between the finite element analysis results and the experimental ones. In addition, a parametric study is performed to evaluate the effect of axial loading type, prestressing ratio, concrete compressive strength and steel tube diameter-to-wall thickness ratio on the compressive behavior of the composite columns. Finally, the compressive strength results of CFST specimens obtained via the finite element analysis are compared with the values specified by the international codes and standards including EC4, CSA, ACI-318, and AISC, with the results showing that ACI-318 and AISC underestimate the compressive strength of the composite columns, while EC4 and CSA codes present overestimated values.
Spiral spacing effect on axial compressive behavior of reinforced concrete filled steel tube (RCFST) stub column is experimentally investigated in this paper. A total of twenty specimens including sixteen square RCFST columns and four benchmarked conventional square concrete filled steel tube (CFST) columns are fabricated and tested. Test variables include spiral spacing (spiral ratio) and concrete strength. The failure modes, load versus displacement curves, compressive rigidity, axial compressive strength, and ductility of the specimens are obtained and analyzed. Especially, the effect of spiral spacing on axial compressive strength and ductility is investigated and discussed in detail. Test results show that heavily arranged spirals considerably increase the ultimate compressive strength but lightly arranged spirals have no obvious effect on the ultimate strength. In practical design, the effect of spirals on RCFST column strength should be considered only when spirals are heavily arranged. Spiral spacing has a considerable effect on increasing the post-peak ductility of RCFST columns. Decreasing of the spiral spacing considerably increases the post-peak ductility of the RCFSTs. When the concrete strength increases, ultimate strength increases but the ductility decreases, due to the brittleness of the higher strength concrete. Arranging spirals, even with a rather small amount of spirals, is an economical and easy solution for improving the ductility of RCFST columns with high-strength concrete. Ultimate compressive strengths of the columns are calculated according to the codes EC4 (2004), GB 50936 (2014), AIJ (2008), and ACI 318 (2014). The ultimate strength of RCFST stub columns can be most precisely evaluated using standard GB 50936 (2014) considering the effect of spiral confinement on core concrete.
Steel-concrete composite walls have been proposed and developed for applications in various types of structures. The double-skin profiled composite walls, as a natural development of composite flooring, provide structural and architectural merits. However, adequate intermediate fasteners between profiled steel plates and concrete core are required to fully mobilize the composite action and to improve the structural behavior of the wall. In this research, two new types of fasteners (i.e., threaded rods and vertical plates) were proposed and three specimens with different fastener types or fastener arrangements were tested under axial compression. The experimental results were evaluated in terms of failure modes, axial load versus axial displacement response, strength index, ductility index, and load-strain relationship. It was found that specimen with symmetrically arranged thread rods sustained more stable axial strain than that with staggered arranged threaded rods. Meanwhile, vertical plates are more suitable for practical use since they provide stronger confinement to profiled steel plate and effectively prevent the steel plate from early local buckling, which eventually enhance the composite action and increase the axial compressive capacity of the wall. The calculation methods were then proposed and good agreement was observed between the test results and the predicted results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.5
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pp.1765-1775
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2013
The application of FRP wire as a mean of improving strength and ductility capacity of concrete cylinders under axial compressive load through confinement is investigated experimentally in this study. An experimental investigation involves axial compressive test of three confining amounts of FRP wire and three concrete compressive strengths. The effectiveness of FRP wire confinement on the concrete microstructure were examined by evaluating the internal concrete damage using axial, circumferential, and volumetric strains. The axial stress-strain relations of FRP wire confined concrete showed bilinear behavior with transition region. It showed strain-hardening behavior in the post-cracking region. The load carrying capacity was linearly increased with increasing of the amount of FRP wire. The ultimate strength of the 35 MPa specimen confined with 3 layer of FRP wire was increased by 286% compared to control one. When the concrete were effectively confined with FRP wire, horizontal cracks were formed by shearing. It was developed from sudden expansion of the concrete due to confinement ruptures at one side while the FRP wire was still working in hindering expansion of concrete at the other side of the crack. The FRP wire failure strains obtained from FRP wire confined concrete tests were 55~90%, average 69.5%, of the FRP wire ultimate uniaxial tensile strain. It was as high as any other FRP confined method. The magnitude of FRP wire failure strain was related to the FRP wire effectiveness.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.89-92
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2008
This study investigates the shear behavior of architectural masonry veneer wall reinforced with specific reinforcement details proposed by this study. For this purpose, experimental tests were conducted using one un-reinforced masonry(URM) wall specimen and three reinforced masonry(RM) wall specimens under quasi static cyclic loads. Un-reinforced(plain) masonry wall is expressed that behavior and failure mode are different for aspect ratio(L/H) and axial compressive force. The test variables are wall aspect ratio and presence of reinforcement. These specimens are masonry structure for architectural clading that is not to exist the axial compressive force. thus the axial compressive force is excepted from test variable. Test result, Behavior of specimens are dominated over rocking mode, but final failure modes are combined with different behaviors. And FEMA273 has proposed the equation of shear strength of masonry pier subjected to in-plane loading. Shear strength equations are classified four types of failure mode that is Rocking, and Toe-Crushing, Bed-Joint-Sliding and Diagonal-Tension. FEMA273 equations predict the behavior modes well, but shear strength is shown in different result.
To explore the feasibility of eliminating the longitudinal rebars and stirrups by using ultra-high-performance fiber reinforcement concrete (UHPFRC) in concrete encased steel composite stub column, compressive behavior of UHPFRC encased steel stub column has been experimentally investigated. Effect of concrete types (normal strength concrete, high strength concrete and UHPFRC), fiber fractions, and transverse reinforcement ratio on failure mode, ductility behavior and axial compressive resistance of composite columns have been quantified through axial compression tests. The experimental results show that concrete encased composite columns with NSC and HSC exhibit concrete crushing and spalling failure, respectively, while composite columns using UHPFRC exhibit concrete spitting and no concrete spalling is observed after failure. The incorporation of steel fiber as micro reinforcement significantly improves the concrete toughness, restrains the crack propagation and thus avoids the concrete spalling. No evidence of local buckling of rebars or yielding of stirrups has been detected in composite columns using UHPFRC. Steel fibers improve the bond strength between the concrete and, rebars and core shaped steel which contribute to the improvement of confining pressure on concrete. Three prediction models in Eurocode 4, AISC 360 and JGJ 138 and a proposed toughness index (T.I.) are employed to evaluate the compressive resistance and post peak ductility of the composite columns. It is found that all these three models predict close the compressive resistance of UHPFRC encased composite columns with/without the transverse reinforcement. UHPFRC encased composite columns can achieve a comparable level of ductility with the reinforced concrete (RC) columns using normal strength concrete. In terms of compressive resistance behavior, the feasibility of UHPFRC encased steel composite stub columns with lesser longitudinal reinforcement and stirrups has been verified in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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