LB-DECK, a precast concrete panel type, is a permanent concrete deck form used as a formwork for cast-in-place concrete pouring at bridge construction site. LB-DECK consists of 60 mm thick concrete slab and 125 mm height Lattice-girders partly embedded in the concrete slab. These decks have been applied to the bridges, which girder spacings are short enough to resist longitudinal cracking caused by construction loads. This paper presents experimental research work conducted to evaluate the cracking load of LB-DECKs designed for long span bridge decks. Twenty four non-composite beams and four composite beams are fabricated considering three design variables of thickness of concrete slab, height of lattice-girder, and diameter of top-bar. Static loads controlled by displacements are applied to test beams to obtain cracking and ultimate loads. Vertical displacements at the center of beams, strains of top-bar, crack propagation in concrete slab, and final failure modes are carefully monitored. The obtained cracking loads are compared to the analytical results obtained by elastic analyses. Long-term analyses using age-adjusted effective modulus method (AEMM) are also conducted to investigate the effects of concrete shrinkage on the cracking loads. Based on the test results, the tensile strength and the design details of LB-DECKs are discussed to prevent longitudinal cracking of long span bridge decks.
This paper presents a finite element model for predicting the monotonic behaviour of bolted endplate joints connecting steel-concrete composite walls and steel beams. The demountable Hollo-bolts are utilised to facilitate the quick installation and dismantling for replacement and reuse. In the developed model, material and geometric nonlinearities were included. The accuracy of the developed model was assessed by comparing the numerical results with previous experimental tests on hollow/composite column-to-steel beam joints that incorporated endplates and Hollo-bolts. In particular, the Hollo-bolts were modelled with the expanded sleeves involved, and different material properties of the Hollo-bolt shank and sleeves were considered based on the information provided by the manufacture. The developed models, therefore, can be applied in the present study to simulate the wall-to-beam joints with similar structural components and characteristics. Based on the validated model, the authors herein compared the behaviour of wall-to-beam joints of two commonly utilised composite walling systems (Case 1: flat steel plates with headed studs; Case 2: lipped channel section with partition plates). Considering the ease of manufacturing, onsite erection and the pertinent costs, composite walling system with flat steel plates and conventional headed studs (Case 1) was the focus of present study. Specifically, additional headed studs were pre-welded inside the front wall plates to enhance the joint performance. On this basis, a series of parametric studies were conducted to assess the influences of five design parameters on the behaviour of bolted endplate wall-to-beam joints. The initial stiffness, plastic moment capacity, as well as the rotational capacity of the composite wall-to-beam joints based on the numerical analysis were further compared with the current design provision.
Ferrarotti, Alberto;Ranzi, Gianluca;Taig, Gerard;Piccardo, Giuseppe
Steel and Composite Structures
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v.25
no.5
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pp.625-638
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2017
This paper presents a novel approach that describes the first-order (linear elastic) partial interaction analysis of members formed by multi-components based on the Generalised Beam Theory (GBT). The novelty relies on its ability to accurately model the partial interaction between the different components forming the cross-section in both longitudinal and transverse directions as well as to consider the cross-sectional deformability. The GBT deformations modes, that consist of the conventional, extensional and shear modes, are determined from the dynamic analyses of the cross-section represented by a planar frame. The partial interaction is specified at each connection interface between two adjacent elements by means of a shear deformable spring distributed along the length of the member. The ease of use of the model is outlined by an application performed on a multi-component member subjected to an eccentric load. The values calculated with an ABAQUS finite element model are used to validate the proposed method. The results of the numerical applications outline the influence of specifying different rigidities for the interface shear connection and in using different order of polynomials for the shape functions specified in the finite element cross-section analysis.
In the 1994 Northridge earthquake, connection damage initiated from the beam bottom flange was prevalent. The presence of a concrete slab and resulting composite action was speculated as one of the critical causes of the prevalent bottom flange fracture. In this study, four seismic retrofit schemes are proposed in order to salvage welded steel moment connections with composite floor slabs in existing steel moment frames. Because top flange modification of existing beams is not feasible due to the presence of a concrete floor slab, three schemes of bottom flange modification by using welded triangular or straight haunches or RBS(reduced beam section), and beam web strengthening by attaching heavy shear tab were cyclically tested and analyzed. Test results of this study show that haunch and web-strengthened specimens can eliminate the detrimental effect caused by composite action and ensure excellent connection plastic rotation exceeding 5% rad. Design recommendations for each retrofit scheme together with supplemental numerical studies are also presented.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.2
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pp.69-77
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2017
By producing pre-engineered modular system in the factory, It is enable to expedite construction and can be distinguished from two types by the method resisting load. One is the open-sided modular system composed of beams and columns. The other is enclosed modular system composed of panels and studs. Of the modular systems, the open-sided modular system buildings the connection between modules are difficult due to closed member sections, and the overall strength is reduced as a result of local buckling. In this study, in order to solve these problems, a modular system with folded steel members filled with concrete are proposed. The capacity spectrum method presented in ATC 40 is used for seismic performance assessment of the proposed model structure and the structure with conventional steel members. The analysis results show that at the performance point of each model the number and rotation of plastic hinge formed in the proposed modular system are smaller than those in the conventional system. Based on this observation it is concluded that the proposed system with composite sections has superior seismic capacity compared with conventional system.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.5
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pp.143-150
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2022
This paper presents an experimental study on the flexural performance of concrete members strengthened with external steel plates for the purpose of improving seismic performance. In order to strengthen the structure, a strengthening method was applied that wraps the walls and columns with steel members. The partial section of the wall with the longest span in the structure was manufactured in real size and the strengthening effect was confirmed by performing a static load test. As a result of the experiment, it was confirmed that the strengthened section exhibited sufficient flexural performance satisfied to the seismic requirements, but the behavior until failure was not obtained because of actuator capacity. It was confirmed that the strengthened member resists the out-of-plane moment with a composite behavior. It was verified that the stiffness and load carrying capacity of the strengthened member were improved compared to the non-strengthened member by displacement and strain measurements.
Yang, Yong;Yu, Yunlong;Guo, Yuxiang;Roeder, Charles W.;Xue, Yicong;Shao, Yongjian
Steel and Composite Structures
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v.21
no.2
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pp.289-302
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2016
A new kind of partially precast or prefabricated castellated steel reinforced concrete beam, which is abbreviated here as CPSRC beam, was presented and introduced in this paper. This kind of CPSRC beam is composed of a precast outer-part and a cast-in-place inner-part. The precast outer-part is composed of an encased castellated steel shape, reinforcement bars and high performance concrete. The cast-in-place inner-part is made of common strength concrete, and is casted with the floor slabs simultaneously. In order to investigate the shear performance of the CPSRC beam, experiments of six CPSRC T-beam specimens, together with experiments of one cast-in-place SRC control T-beam specimen were conducted. All the specimens were subjected to sagging bending moment (or positive moment). In the tests, the influence of casting different strength of concrete in the cross section on the shear performance of the PPSRC beam was firstly emphasized, and the effect of the shear span-to-depth ratio on that were also especially taken into account too. During the tests, the shear force-deflection curves were recorded, while the strains of concrete, the steel shapes as well as the reinforcement stirrups at the shear zone of the specimens were also measured, and the crack propagation pattern together with the failure pattern was as well observed in detail. Based on the test results, the shear failure mechanism was clearly revealed, and the effect of the concrete strength and shear span-to-depth ratios were investigated. The shear capacity of such kind of CPSRC was furthermore discussed, and the influences of the holes on the steel shape on the shear performance were particularly analyzed.
This study proposes and demonstrates a smart monitoring system that uses transmission lines embedded in a reinforced concrete structure to detect the presence of defects through changes in the electromagnetic waves generated and measured by a time-domain reflectometer. Laboratory experiments were first conducted to identify the presence of voids in steel-concrete composite columns. The results indicated that voids in the concrete caused a positive signal reflection, and the amplitude of this signal decreased as the water content of the soil in the void increased. Multiple voids resulted in a decrease in the amplitude of the signal reflected at each void, effectively identifying their presence despite amplitude reduction. Furthermore, the electromagnetic wave velocity increased when voids were present, decreased as the water content of the soil in the voids increased, and increased with the water-cement ratio and curing time. Field experiments were then conducted using bored piles with on-center (sound) and off-center (defective) steel-reinforcement cage alignments. The results indicated that the signal amplitude in the defective pile section, where the off-center cage was poorly covered with concrete, was greater than that in the pile sections where the cage was completely covered with concrete. The crosshole sonic logging results for the same defective bored pile failed to identify an off-center cage alignment defect. Therefore, this study demonstrates that electromagnetic waves can be a useful tool for monitoring the health and integrity of reinforced concrete structures.
In this study, the seismic details of a concrete-encased, U-shaped steel beam-to-RC column connection were developed. Three specimens of the beam-to-column connection were tested under cyclic loading to evaluate the seismic performance of the connection. The test parameters were the beam depth and the column section shape. The depths of the composite beams were 610 and 710 mm, including the slab depth. For the RC columns, a square section and a circular section were used. Special details using diagonal re-bars and exterior diaphragm plates were used to strengthen the connections with the rectangular and circular columns, respectively. The test results showed that the specimens exhibited good strength, deformation, and energy dissipation capacities. The deformation capacity exceeded 4% interstory drift angle, which is the requirement for the Special Moment Frame.
Kim, Yun-Yong;Lee, Bang-Yeon;Kwon, Seung-Hee;Kim, Jeong-Su
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.917-920
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2008
ECC is a special kind of high performance cementititous composite which exhibits typically more than 2% tensile strain capacity by bridging microcracks at a crack section. Therefore, micromechanics should be adopted to obtain multiple cracking and strain hardening behavior. This paper propose a linear elastic analysis method to simulate the multiple cracking and strain hardening behavior of ECC. In an analysis, the stress-crack opening relation modified considering the orientation of fibers and the number of effective fibers is adopted. Furthermore, to account for uncertainty of materials and interface between materials, the randomness is assigned to the tensile strength(${\sigma}_{fci}$), elastic modulus($E_{ci}$), peak bridging stress(${\sigma}_{Bi}$) and crack opening at peak bridging stress(${\delta}_{Bi}$), initial stress at a crack section due to chemical bonding, (${\sigma}_{0i}$), and crack spacing(${\alpha}_cX_d$). Test results shows the number of cracking and stiffness of cracked section are important parameters and strain hardening behavior and maximum strain capacity can be simulated using the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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