The steel-concrete composite system has been playing a vital role in the construction sector for the past two decades. By using steel and concrete together, we achieve strong load resistance with minimal deflection and bending stress. The study focuses on the numerical and analytical behaviour of concrete encased steel castellated beams and compared them with previous experiments. The study used five composite beams, including one control reinforced concrete beam (CC), one fully concrete encased steel beam (FCES), and three fully concrete encased castellated beams. The major variable is the opening configuration of the castellated beam, such as openings along the longitudinal axis, above the longitudinal axis, and below the longitudinal axis. The 150 mm × 250 mm cross section and 2000 mm in length of beams were used. Using the finite element software ANSYS, we conduct nonlinear finite element analysis for the entire beam and compare it with test data. The numerical load carrying capacity of concrete encased steel castellated beam with a hexagonal opening above the longitudinal axis (FCESCB H2) is 160 kN is closer to the experimental observation. Von Mises strain of FCESB is 0.004232, which is lower than CB and composite castellated beam. The ductility factor and energy absorption capacity of FCESB are 5.090 and 1688.47 kNm. It was observed that the configuration of the opening will influence the strength of the composite beam. Plastic moment methods were employed to estimate the ultimate load carrying capacity of the beam. In the analytical study the beams were assumed as perfectly plastic. The ultimate analytical load carrying capacity of FCESCB H2 is 21.87% higher than FCESB. It found that performing FCESCB H2 is superior to the entire specimen.
Pinching is an important property of reinforced concrete member which characterizes its cyclic behavior. In the present study, numerical studies were performed to investigate the characteristics of pinching behavior and the energy dissipation capacity of flexure-dominated reinforced concrete members. By investigating existing experiments and numerical results, it was found that flexural pinching which has no relation with shear action appears in RC members subject to axial compression force. However, members with specific arrangement and amount of re-bars, have the same energy dissipation capacity regardless of the magnitude of the axial force applied even though the shape of the cyclic curve varies due to the effect of the axial force. This indicates that concrete as a brittle material does not significantly contribute to the energy dissipation capacity though its effect on the behavior increases as the axial force increases, and that energy dissipation occurs primarily by re-bars. Therefore, the energy dissipation capacity of flexure-dominated member can be calculated by the analysis on the cross-section subject to pure bending, regardless of the actual compressive force applied. Based on the findings, a practical method and the related design equations for estimating energy dissipation capacity and damping modification factor was developed, and their validity was verified by the comparisons with existing experiments. The proposed method can be conveniently used in design practice because it accurately estimates energy dissipation capacity with general design parameters.
Park, Minchul;Kwon, Hyukchan;Shin, Hyohee;Jang, Gisoo;Lee, Song
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.12
no.12
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pp.37-46
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2011
An application frequency of vertical drainage method is increasing as an effective consolidation acceleration method. PBD method is most frequently used as a consolidation acceleration method in vertical drainage methods. PBD is economical and easy to operate but has some problems those are an environmental pollution and a decrease of a discharge capacity caused by bending of drainage materials when it is used in great depth. SCP method was frequently used because it's discharge capacity was good but now it is rarely used because of an increase of the material price because of an order imbalance. As the way to solve these problems, GCP method has been to the fore. For analyzing the effect of GCP method on the discharge capacity, three types of composite discharge capacity tests are done by using GCP, SCP and PBD respectively with the circle case, ${\phi}38{\times}h70cm$. On the contrary to this, GCP shows the worst discharge capacity for a decrease of the void ratio and the clogging phenomenon caused by increasing load. Also to figure out the clogging range of GCP, the clogging of GCP is checked in each load stage with a large case($1.0m{\times}0.5m{\times}1.1m$) which has clear acrylic front face. The diameter of GCP was 35cm and a clogging phenomenon occurred in 10% approximately. The result shows that the discharge capacity of GCP was given the lowest value for a decrease of the void ratio and the clogging phenomenon causing by increasing load. And the clogging phenomenon mostly occurred within 10% of GCP's diameter range.
Guo, Xiaonong;Huang, Zewei;Xiong, Zhe;Yang, Shangfei;Peng, Li
Steel and Composite Structures
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v.21
no.1
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pp.137-156
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2016
Due to excellent advantages such as better illuminative effects, considerable material savings and ease and rapidness of construction, the bolted ball-cylinder joint which is a new type joint system has been proposed in space truss structures. In order to reveal more information and understanding on the behaviour of bolted ball-cylinder joints, full-scale experiments on eight bolted ball-cylinder joint specimens were conducted. Five joint specimens were subjected to axial compressive force, while another three joint specimens were subjected to axial tensile force. The parameters investigated herein were the outside diameter of hollow cylinders, the height of hollow cylinders, the thickness of hollow cylinders, ribbed stiffener and axial force. These joint specimens were collapsed by excessive deformation of hollow cylinders, punching damage of hollow cylinders, evulsion of bolts, and weld cracking. The strain distributions on the hollow cylinder opening were mainly controlled by bending moments. To improve the ultimate bearing capacity and axial stiffness of bolted ball-cylinder joints, two effective measures were developed: (1) the thickness of the hollow cylinder needed to be thicker; (2) the ribbed stiffener should be adopted. In addition, the axial stiffness of bolted ball-cylinder joints exhibited significant non-linear characteristics.
As modern industry go further, a rigid concrete pavement has been widely constructed. The load carrying capacity of the flexible asphalt pavements is brought about by a layered system, distributing the load over the subgrade, rather than by the bending action of the slab. On the other hand, the rigid pavement, because of its rigidity and high modulus of elasticity, tends to distribute the traffic load over wide subbases, and its capacity of the strength is supplied by the slab itself. Thus, it is necessary to study the structural behavior of concrete slab under the variations of temperature changes and applied traffic loads. It reguires the development of finite element analysis program for the concrete highway pavement, which provides better understanding of concrete pavement behavior and effective design data to highway engineers.
In the recent years, steel box girder bridges have been extensively used due to high bending stiffness, torsional rigidity, and rapid construction. Therefore, researches related to this girder bridge have been widely conducted. This paper investigates the effect of residual stresses and geometric imperfections on the load-carrying capacity of steel box girder bridges spanning 30 m and 50 m. A three - dimensional finite element model of the steel box girder with a closed section was developed and analyzed using ABAQUS software. Nonlinear inelastic analysis was used to capture the actual response of the girder bridge accurately. Based on the results of analyses, the superimposed mode of webs and flanges was recommended for considering the influence of initial geometric imperfections of the steel box model. In addition, 4% and 16% strength reduction rates on the load - carrying capacity of the perfect structural system were respectively recommended for the girders with compact and non-compact sections, whose designs satisfy the requirements specified in AASHTO LRFD standard. As a consequence, the research results would help designers eliminate the complexity in modeling residual stresses and geometric imperfections when designing the steel box girder bridge.
The concrete-filled steel tube (CFT) columns have several benefits of high load-bearing capacity, inherent ductility and toughness because of the confinement effect of the steel tube on concrete and the restraining effect of the concrete on local buckling of steel tube. However, the experimental research into the behavior of square CFT columns consisting of high-strength steel and high-strength concrete is limited. Six full scale CFT specimens were tested under flexural moment. The CFT columns consisted of high-strength steel tubes ($f_y$ = 325 MPa, 555 MPa, 900 MPa) and high-strength concrete ($f_{ck}$ = 80 MPa and 120 MPa). The ultimate capacity of high strength square CFT columns was compared with AISC-LRFD design code. Also, this study was focused on investigating the effect of high-strength materials on the structural behavior and the mathematical models of the steel tube and concrete. Nonlinear fiber element analyses were conducted based on the material model considering the cyclic bending behavior of high-strength CFT members. 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.
Kim, Yong-Yeal;Ryu, Jaeho;Yoon, Sung-Won;Ju, Young K.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.4
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pp.30-37
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2015
iFLASH System is new structural floor system which consists of sandwich panels filled with nano-composite. The nano-composite has low specific gravity and high bonding strength with steel plates. The bonding strength is one of important factors for structural performance of iFLASH System and it can further be improved by surface preparation such as blast metal cleaning. However, using none blast steel plates is recommended since surface preparation generates additional fabrication time and cost. In this study, a bonding strength test and bending experiment were conducted to check feasibility of applying none blast steel plates to iFLASH System. Moreover, stress in bonding plane between steel plates and nano-composite was analytically evaluated by finite element method. Consequently, flexural capacity of the specimen was 11% higher than theoretically calibrated value and its flexural behavior was structurally efficient without defect of bonding.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.126-129
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2006
A bending moment $M_u$ transferred at slab-column connection is resisted at the slab critical section by flexure and shear. The ACI 318-05 Building Code(1) gives an empirical equation for the fraction ${\gamma}_{\upsilon}$ of the moment $M_u$ to be transferred by shear at the slab critical section at d/2 from the column face and also the effective wide(c+3h). The equation is based on tests of interior slab-column connections without shear reinforcement. In order to investigate the data eight test specimens were examined. The test shows that increased slab load substantially reduces both the unbalanced moment capacity and the lateral drift capacity of the connection. Especially, the specimens with the bottom reinforcement existence and nonexistence, appears remarkable differences. Studies also show that the code equation for ${\gamma}_{\upsilon}$ does not apply to all cases. The purpose of this study is to compare the test results with present ACI 318-05 Building Code provisions for design of slab-column connections and with the analysis of the experimental data for a new limitation of strength equation without shear reinforcement and bottom reinforcement.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.4
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pp.415-425
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2015
Reinforced concrete beams with insufficient shear reinforcement were strengthened using glass fiber reinforced polymer (GFRP) plates. In the study, the effect of the number of bolts on the load capacity, energy dissipation, and stiffness of reinforced concrete beams were investigated by using anchor bolt of different numbers. Three strengthened with GFRP specimens, one flexural reference specimen designed in accordance to Regulation on Buildings Constructed in Disaster Areas rules, and one shear reinforcement insufficient reference specimen was tested. Anchorage was made on the surfaces of the beams in strengthened specimens using 2, 3 and 4 bolts respectively. All beams were tested under monotonic loads. Results obtained from the tests of strengthened concrete beams were compared with the result of good flexural reference specimen. The beam in which 4 bolts were used in adhering GFRP plates on beam surfaces carried approximately equal loads with the beam named as a flexural reference. The amount of energy dissipated by strengthened DE5 specimen was 96 % of the amount of energy dissipated by DE1 reference specimen. Strengthened DE5 specimen initial stiffness equal to DE1 reference specimen initial stiffness, but strengthened DE5 specimen yield stiffness about 4 % lower than DE1 reference specimen yield stiffness. Also, DE5 specimen exhibited ductile behavior and was fractured due to bending fracture. Upon the increase of the number of anchorages used in a strengthening collapsing manner of test specimens changed and load capacity and ductility thereof increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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