This work presents a complete optimal model for trapezoidal combined footings that support a concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes in each column to obtain the minimum area and the minimum cost. The model presented in this article considers a pressure diagram that has a linear variation (real pressure) and the equations are not limited to some cases. The classic model takes into account a concentric load and the moment around of the "X" axis (transverse axis) that is applied due to each column, i.e., the resultant force is located at the geometric center of the footing on the "Y" axis (longitudinal axis), and when the concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes act on the footing is considered the uniform pressure applied on the contact surface of the footing, and it is the maximum pressure. Four numerical problems are presented to find the optimal design of a trapezoidal combined footing under a concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes due to the columns: Case 1 not limited in the direction of the Y axis; Case 2 limited in the direction of the Y axis in column 1; Case 3 limited in the direction of the Y axis in column 2; Case 4 limited in the direction of the Y axis in columns 1 an 2. The complete optimal design in terms of cost optimization for the trapezoidal combined footings can be used for the rectangular combined footings considering the uniform width of the footing in the transversal direction, and also for different reinforced concrete design codes, simply by modifying the resisting capacity equations for moment, for bending shear, and for the punching shear, according to each of the codes.
The seismic performance of the ordinary steel reinforced concrete (SRC) columns has no significant improvement compared to the reinforced concrete (RC) columns mainly because I, H or core cross-shaped steel cannot provide sufficient confinement for core concrete. Two improved SRC columns by constructing with new-type shaped steel were put forward on this background, and they were named as enlarging cross-shaped steel and diagonal cross-shaped steel for short. The seismic behavior and carrying capacity of new-type SRC columns have been researched theoretically and experimentally, while the shear behavior remains unclear when the new-type columns are joined onto SRC beams. This paper presents an experimental study to investigate the shear capacity of new-type SRC joints. For this purpose, four new-type and one ordinary SRC joints under low reversed cyclic loading were tested, and the failure patterns, load-displacement hysteretic curves, joint shear deformation and steel strain were also observed. The ultimate shear force of joint specimens was calculated according to the beam-end counterforce, and effects of steel shape, load angel and structural measures on shear capacity of joints were analyzed. The test results indicate that: (1) the new-type SRC joints display shear failure pattern and has higher shear capacity than the ordinary one; (2) the oblique specimens have good bearing capacity if designed reasonably; and (3) the two proposed construction measures have little effect on the shear capacity of SRC joints embedded with diagonal cross-shaped steel. Based on the mechanism observed from the test, the formulas for calculating ultimate shear capacity considering the main factors (steel web, stirrup and axial compression ratio) were derived, and the calculated results agreed well with the experimental and simulated data.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.63
no.6
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pp.17-26
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2021
Greenhouses have been damaged due to the uplift pressure from strong wind, for which rebar piles are often installed near the greenhouse to resist the pressure. For the effective design of rebar piles, it is necessary to access the shear strength of soil on which the greenhouse is constructed. This study experimentally evaluates the shear strength of the soil beneath the greenhouse. Four soil samples were collected from four agricultural sites, and prepared for testing with 75, 80, 85, and 90% compaction rates. One-dimensional unconfined compression test (UC), consolidated-undrained triaxial test (CU), and resonant column test (RC) were performed for the evaluation of shear strength and shear modulus. Generally, the higher shear strength and modulus were observed with the higher compaction rates. In particular, the UC shear strength increases with the increase of #200 sieve passing rate. Resulting from the CU test, the sample with the most of coarse soil had the highest friction angle, but the variation is small among samples. Resulting from the CU and RC tests, the ratio of maximum shear modulus with the major principle stress at failure was the higher at the finer soil. The ratio was two to three times greater than the ratio from the standard sand. This indicates that the shear strength is lower for the fine soil than the coarse soil at the same shear modulus. The results of this study will be a useful resource for the estimation of the pull-out strength of the rebar pile against the uplift pressure.
In recent years, geotextile-encased gravel columns (usually called stone columns) have become a popular method to increasing soil shear strength, decreasing the settlement, acceleration of the rate of consolidation, reducing the liquefaction potential and increasing the bearing capacity of foundations. The behavior of improved loose base-soil with gravel columns under shear loading and the shear stress-horizontal displacement curves got from large scale direct shear test are of great importance in understanding the performance of this method. In the present study, by performing 36 large-scale direct shear tests on sandy base-soil with different fine-content of zero to 30% in both not improved and improved with gravel columns, the effect of the presence of gravel columns in the loose soils were investigated. The results were used to predict the shear stress-horizontal displacement curve of these samples using support vector machines (SVM). Variables such as the non-plastic fine content of base-soil (FC), the area replacement ratio of the gravel column (Arr), the geotextile encasement and the normal stress on the sample were effective factors in the shear stress-horizontal displacement curve of the samples. The training and testing data of the model showed higher power of SVM compared to multilayer perceptron (MLP) neural network in predicting shear stress-horizontal displacement curve. After ensuring the accuracy of the model evaluation, by introducing different samples to the model, the effect of different variables on the maximum shear stress of the samples was investigated. The results showed that by adding a gravel column and increasing the Arr, the friction angle (ϕ) and cohesion (c) of the samples increase. This increase is less in base-soil with more FC, and in a proportion of the same Arr, with increasing FC, internal friction angle and cohesion decreases.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.sup3
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pp.87-96
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2016
This numerical study investigated the effects of different reinforcing details in beam-column joints on the blast resistance of the joints. Due to increasing manmade and/or natural high rate accidents such as impacts and blasts, the resistance of critical civil and military infrastructure or buildings should be sufficiently obtained under those high rate catastrophic loads. The beam-column joint in buildings is one of critical parts influencing on the resistance of those buildings under extreme events such as earthquakes, impacts and blasts. Thus, the details of reinforcements in the joints should be well designed for enhancing the resistance of the joints under the events. Parameters numerically investigated in this study include diagonal, flexural, and shear reinforcing steel bars. The failure mechanism of the joints could be controlled by the level of tensile stress of reinforcing steel bars. Among various reinforcing details in the joints, diagonal reinforcement in the joints was found to be most effective for enhancing the resistance under blast loads. In addition, shear reinforcements also produced favourable effects on the blast resistance of beam-column joints.
In this paper an analytical model in a closed form able to reproduce the monotonic flexural response of external RC beam-column joints with smooth rebars is presented. The column is subjected to a constant vertical load and the beam to a monotonically increasing lateral force applied at the tip. The model is based on the flexural behavior of the beam and the column determined adopting a concentrated plasticity hinge model including slippage of the main reinforcing bars of the beam. A simplified bilinear moment-axial force domain is assumed to derive the ultimate moment associated with the design axial force. For the joint, a simple truss model is adopted to predict shear strength and panel distortion. Experimental data recently given in the literature referring to the load-deflection response of external RC joints with smooth rebars are utilized to validate the model, showing good agreement. Finally, the proposed model can be considered a useful instrument for preliminary static verification of existing external RC beam-column joints with smooth rebars for both strength and ductility verification.
As concrete is most usable material in construction industry it's been required to improve its quality. Nowadays, nanotechnology offers the possibility of great advances in construction. In this study, buckling of horizontal concrete columns reinforced with Zinc Oxide (ZnO) nanoparticles is analyzed. Due to the presence of ZnO nanoparticles which have piezoelectric properties, the structure is subjected to electric field for intelligent control. The Column is located in foundation with vertical springs and shear modulus constants. Sinusoidal shear deformation beam theory (SSDBT) is applied to model the structure mathematically. Micro-electro-mechanic model is utilized for obtaining the equivalent properties of system. Using the nonlinear stress-strain relation, energy method and Hamilton's principal, the motion equations are derived. The buckling load of the column is calculated by Difference quadrature method (DQM). The aim of this study is presenting a mathematical model to obtain the buckling load of structure as well as investigating the effect of nanotechnology and electric filed on the buckling behavior of structure. The results indicate that the negative external voltage applied to the structure, increases the stiffness and the buckling load of column. In addition, reinforcing the structure by ZnO nanoparticles, the buckling load of column is increased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.8
no.2
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pp.119-126
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1984
An analysis is presented for the vibration and stability of Beck's column carring a tip mass at its free and subjected there to a follower compressive force by using variational approach. The influence of transverse shear deformation and rotatory inertial of the mass of the column upon the critical flutter load and frequency is considered, and Timoshenko's shear coefficient K' is calculated by Cowper's formulae. It is, moreover, worth noticing that the influence of inertial moment of tip mass upon the flutter load and frequency is investigated. The centroid of a tip mass is offset from the free end of the beam and located along its extended axis of the two cases, one of which has a tip mass increasing as .xi., the tip mass offset parameter, is augmented, the other has a tip mass constant but the inertial moment is variable according to a magnitude of .eta., the tip mass offset parament. This study reveals that the effects of inertial moment of a tip mass and larger value of P are specially remarkable even a tip mass is a same.
In the present study, exterior beam column sub-assemblages are designed in accordance with the codal stipulations prevailed at different times prior to the introduction of modern seismic provisions, viz., i) Gravity load designed with straight bar anchorage (SP1), ii) Gravity load designed with compression anchorage (SP1-D), iii) designed for seismic load but not detailed for ductility (SP2), and iv) designed for seismic load and detailed for ductility (SP3). Comparative seismic performance of these exterior beam-column sub-assemblages are evaluated through experimental investigations carried out under repeated reverse cyclic loading. Seismic performance parameters like load-displacement hysteresis behavior, energy dissipation, strength and stiffness degradation, and joint shear deformation of the specimens are evaluated. It is found from the experimental studies that with the evolution of the design methods, from gravity load designed to non-ductile and then to ductile detailed specimens, a marked improvement in damage resilience is observed. The gravity load designed specimens SP1 and SP1-D respectively dissipated only one-tenth and one-sixth of the energy dissipated by SP3. The specimen SP3 showcased tremendous improvement in the energy dissipation capacity of nearly 2.56 times that of SP2. Irrespective of the level of design and detailing, energy dissipation is finally manifested through the damage in the joint region. The present study underlines the seismic deficiency of beam-column sub-assemblages of different design evolutions and highlights the need for their strengthening/retrofit to make them fit for seismic event.
Sand columns in clayey soil are considered one of the most economical and environmentally-friendly soil-improving techniques. It improves the shear strength parameters, reduces the settlement, and increases the bearing capacity of clayey soils. The aim of this paper is to study the effect of grain shape in sand columns on their performance in improving the mechanical properties of clayey soils. An intensive series of consolidated-drained triaxial tests were performed on clay specimens only and clay specimens with sand columns. The parameters examined during the experimental work were grain shape in sand columns (angular, rounded, sub-rounded) and effective confining pressure (50 kPa, 100 kPa, 200 kPa). The results indicated that there is a significant improvement in the deviatoric stress and stiffness values of specimens with sand columns. Improving deviatoric stress values in the use of angular sand grains was found to be higher than those in the use of sub-rounded and rounded sand grains. A 187%, 159%, and 153% increment in deviatoric stress values were observed for the sand columns with angular, sub-rounded, and rounded grain shapes, respectively. The specimens were observed to be more contractive as the sand column was installed, and as the angularity of grains in the sand column was increased. Sand column installation improves significantly the angle of internal friction, and the effective angle of internal friction increases as the angularity of the sand grains increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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