The ultimate bending strength and flexural ductility performance of longitudinally stiffened plate girders fabricated with mild steel were investigated utilizing nonlinear incremental finite element analysis. AASHTO LRFD (2002) design specifications were reviewed for possible application of longitudinally stiffened plate girders as compact sections. In order to investigate compact section requirements for plate girders with longitudinal stiffeners in webs, a number of full-scale plate girders were modeled and analyzed up to the collapse under pure bending condition. It was found that the slenderness of sub panel of the webs, the stiffness of longitudinal stiffeners, and the slenderness of compression flanges are key parameters governing the flexural ductility of the plate girders. It was also found from finite element analysis that longitudinally stiffened plate girder sections can satisfy compact section requirements both in full plastic moment capacity and flexural ductility requirement. New design equations have been proposed for longitudinally stiffened plate girders to be treated as compact sections.
Fenollosa, Ernesto;Gil, Enrique;Cabrera, Ivan;Vercher, Jose
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.861-876
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2015
Composite sections design consists on checking that the point defined by axial load and bending moment keeps included within the surface enclosed by the section interaction curve. Eurocode 4 suggests a method for tracing this diagram based on the plastic stress distribution method. However curves obtained according to this criterion overvalue concrete encased sections bearing capacity, especially when axial force comes with high bending moment values, so a correction factor is required. This article proposes a method for tracing this diagram based on the strain compatibility method. When stresses on the section are integrated by considering the Navier hypothesis, the use of the materials nonlinear constitutive equations provides curves much more adjusted to reality. This process requires the use of rather complex software which might reveal as too complex for practitioners. Preserving the same criteria of an elastic-plastic stress distribution, this article presents alternative expressions to obtain the failure internal forces in five significant points of the interaction diagram having considered five different positions of the neutral axis. These expressions are simply enough for their practical application. Concordance of curves traced strictly relying on these five points with those obtained by computer assisted stress integration considering the strain compatibility method and even with Eurocode 4 weighted curves will be presented for three different cross-sections and two different concrete strengths, revealing very good results.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.3
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pp.215-230
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2012
An experimental research on the possibility of using high-strength concrete with the design strength of 60 MPa and high-tension rebar with the yielding strength of 600 MPa instead of conventional reinforced concrete segment to reduce its production cost was performed. Full-scale bending tests on both conventional and high-strength reinforced concrete segments were carried out to compare their mechanical and structural behaviors of the segments under flexural action. From the experiments, it was shown that the failure load of high-strength reinforced concrete segment was approximately 30% higher than that of the conventional segment even though reinforcements in high-strength segment were reduced by 26%. The test result showed that the bearing capacity of high-strength segment highly increased by high-strength concrete and high-tension rebar. It also verified the high possibility of high-strength reinforced concrete segment as a technical alternative to reduce the production cost of segments in a shield tunnel.
This paper shows an optimal design for reinforced concrete rectangular combined footings based on a criterion of minimum cost. The classical design method for reinforced concrete rectangular combined footings is: First, a dimension is proposed that should comply with the allowable stresses (Minimum stress should be equal or greater than zero, and maximum stress must be equal or less than the allowable capacity withstand by the soil); subsequently, the effective depth is obtained due to the maximum moment and this effective depth is checked against the bending shear and the punching shear until, it complies with these conditions, and then the steel reinforcement is obtained, but this is not guaranteed that obtained cost is a minimum cost. A numerical experimentation shows the model capability to estimate the minimum cost design of the materials used for a rectangular combined footing that supports two columns under an axial load and moments in two directions at each column in accordance to the building code requirements for structural concrete and commentary (ACI 318S-14). Numerical experimentation is developed by modifying the values of the rectangular combined footing to from "d" (Effective depth), "b" (Short dimension), "a" (Greater dimension), "${\rho}_{P1}$" (Ratio of reinforcement steel under column 1), "${\rho}_{P2}$" (Ratio of reinforcement steel under column 2), "${\rho}_{yLB}$" (Ratio of longitudinal reinforcement steel in the bottom), "${\rho}_{yLT}$" (Ratio of longitudinal reinforcement steel at the top). Results show that the optimal design is more economical and more precise with respect to the classical design. Therefore, the optimal design presented in this paper should be used to obtain the minimum cost design for reinforced concrete rectangular combined footings.
This paper summarises the results of an experimental study to investigate the flexural behaviour of reinforced concrete beams strengthened using carbon-fibre reinforced polymer (CFRP) laminate in four-point bending. The experimental parameters included are the reinforcing bar ratio ${\rho}_s$ and preload level. Four bar ratios were selected (${\rho}_s=0.13$ to 0.86%), representing the section of two longitudinal tensile reinforcements, with diameters of 8, 14, 16, and 20 mm in order to reveal the effect of bar ratio on failure load and failure mode. Eight beams that could be considered "full-scale" in size, measuring 200 mm in width, 400 mm in total height and 2300 mm in length, were tested. Three beams were selected with different bar ratios (${\rho}_1$, ${\rho}_2$, ${\rho}_3$), and considered as control specimens (without ), while three other beams identical to the control beams with the same CFRP laminates ratio and a seventh beam with ${\rho}_{min}$ (the lowest bar ratio) were also used. In the second part of the study, two beams with the bar ratio ${\rho}_2$ were preloaded at two levels, 50 and 100% of their ultimate loads, and then repaired. This experimental investigation was consolidated using an analytical model. The experimental and analytical results indicate that the flexional capacity and stiffness of strengthened and repaired beams using CFRP laminate were increased compared to those of control beams, and the behaviour of repaired beams was nearly similar to the undamaged and strengthened beams; unlike the ductility of strengthened beams, which was greatly reduced compared to the control.
Park, Yong-Gul;Sung, Deok-Yong;Park, Hong-Kee;Kong, Sun-Yong
Journal of the Korean Society for Railway
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v.11
no.3
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pp.317-325
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2008
As a result of recent research, it is reported that the periodic replacements criterion of rails is able to extend as grinding rail surface and using the continuous welded rail (CWR). This study evaluated correlation between conditions of track and load capacity of rail by analysing the dynamic response of track while the metro train is running. Also, it was converted the measured stress waveform into stress frequency histogram by the rain-flow counting methods, and then accumulated fatigue damage ratio and remaining service life of laid rail were calculated so as the apply the equivalence of stress to S-N curve of a new welded rail. Finally, this study suggests a revision of the periodic replacements criterion of CWR, which was based on accumulated passing tonnage, classified by the types and conditions of track system.
When an initially straight thin cylinder is bent, there is a tendency for the cross section to flatten. This phenomenon was investigated by L.G. Brazier in 1927 and is called "Brazier Effect" or "Brazier Theory". The main characteristic is the reduction of carrying capacity due to the decrease of bending stiffness by shortening of thickness with the increase of external load. And the relationship of curvature-bending moment becomes a soft spring type as shown in Fig.2. In this paper, the Brazier theory on plate type structures is investigated from the following view points : (1) What is the Brazier effect? (2) the reason of the occurrence of the Brazier effect in plate type structures by using beam model and (3) factors which cause the brazier effect.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.1
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pp.159-170
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2005
The grid structure is parallel main girders intersected with crossgirder. It distribute the loads to adjoining main girder through the crossgirder when a girder is subjected to a load. grillage girder bridge has high load-carrying capacity, it can save materials and become more economical type of bridge. In this paper, the grillage girder bridge analysis program developed by using the transfer matrix method deals with following problems: the comparision with Leonhardt, Szabo, FEM yang and jung in the analysis of grillage girder bridges, quality of straight and curved bridges with skew angle, forces of straight and curved bridges according to skew angle and bending stiffness/torsional stiffness ratio.
Kim, Ho-Kyu;Kim, Young-Ahn;Choi, Seung-Yong;Cho, Young-Keun
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.3
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pp.167-173
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2018
In general, calcium is required for the reaction of blast furnace slag fine powder and fly ash. The by-products generated during the process of producing recycled aggregates have different calcium contents depending on the crushing stage and the possibility of using the process by-product as a concrete mixture is also different. In this study, the effect of the calcium content of the by-products on the compressive strength was investigated and the block was fabricated by using this. To utilize the by-products as an admixture, the calcium content was analyzed and the bending strength and surface temperature were measured according to the shape of the water storage block. As a result of this study, the possibility of making a block using recycled aggregate by-products was verified and arch type block was constructed to secure storage capacity and bending strength. Also, the surface temperature of the water storage block was reduced by $9^{\circ}C$ or more than that of the general permeable block.
Concrete filled steel tubular columns (CFT) are widely used in civil engineering works, especially in large scale of works because of high strength, deformation, toughness and so on. On the other hand, as a kind of strengthening measure for seriously damaged reinforced concrete piers of viaduct in Hansin-Awaji earthquake of Japan in 1995, reinforced concrete piers were wrapped with steel plate. Then, a new kind of structure appeared, that is, reinforced concrete filled steel tubular column (RCFT). In this paper, compression test and bending-shearing test on RCFT are carried out. The main parameters of experiments are (1) strength of concrete, (2) steel tube with or without rib, (3) width-thickness ratio and (4) arrangement of reinforcing bars. According to the experimental results, the effect of parameters on mechanical characteristics of RCFT is analyzed clearly. At the same time, strength evaluation formula for RCFT column is proposed and tested by experimental results and existed recommendations (AIJ 1997). The strength calculated by the proposal formula is in good agreement with test result. As a result, the proposed evaluation formula can evaluate the strength of RCFT column properly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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