Anchor channels are commonly used for façade, tunnel, and structural connections. These connections encounter various types of loadings during their service life, including high rate or impact loading. For anchor channels that are placed close and parallel to an edge and loaded in shear perpendicular to and towards the edge, the failure is often governed by concrete edge breakout. This study investigates the transverse shear behavior of the anchor channels under quasi-static and high rate loadings using a numerical approach (3D finite element analysis) utilizing a rate-sensitive microplane model for concrete as constitutive law. Following the validation of the numerical model against a test performed under quasi-static loading, the rate-sensitive static, and rate-sensitive dynamic analyses are performed for various displacement loading rates varying from moderately high to impact. The increment in resistance due to the high loading rate is evaluated using the dynamic increase factor (DIF). Furthermore, it is shown that the failure mode of the anchor channel changes from global concrete edge failure to local concrete crushing due to the activation of structural inertia at high displacement loading rates. The research outcomes could be valuable for application in various types of connection systems where a high rate of loading is expected.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.3
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pp.55-63
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2015
Post-installed concrete set anchors are installed after the concrete hardened. These anchors increasing usage in development of construction equipment and flexible construction. The anchor loaded in shearing exhibits various failure modes such as steel failure, concrete failure, concrete pryout, depending on the shear strength of steel, the strength of concrete, edge distance and anchor interval, etc,. In this study, the objective is to investigate the effects of the variations like anchor embedment depth, edge distance and concrete strength on experimental and finite element analysis of shear failure behavior of post-installed concrete set anchor for light load embedded in concrete. The results of embedment depth experiments show that concrete strength has much affection on the shallow embedment depth. Concrete strength has no much affection with anchor interval and edge distance parameter and both experimental results occurred same failure mode. By comparing the experimental results that occurred steel failure mode show that as strong as concrete strength are the displacement results are small.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.2
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pp.367-375
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2014
Recently the use of concrete post-installed set anchors has been increasing because this constructing method is flexible and easy to attach or fix structural members when we repair, reinforce, or remodel a concrete structures. Depending on the shear strength of steel, the strength of concrete, edge distance and anchor interval, etc, the anchor loaded in shearing exhibits various failure modes such as steel failure, concrete failure, concrete pryout. In this study, the objective is to investigate the effects of the variations like anchor embedment depth, anchor interval, edge distance and concrete strength on the shear failure behavior of post-installed concrete set anchor embedded in concrete. The results of embedment depth experiments show that concrete strength has much effection on the shallow embedment depth. Steel failure occur to all results of the anchor interval experiments, but concrete is failed when edge distance experiments that less than the embedment depth. Through the comparision of the same parameters experiments results show that as strong as concrete strength are the displacement results are small.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.4
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pp.171-181
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2003
This study concerns the prediction of shear capacity, as governed by concrete breakout failure, concrete pryout failure and steel failure, of single anchors located close to free edge and located far from a free edge and installed in uncracked, unreinforced concrete. For this purpose, the methods to evaluate the shear capacity of the single anchors in concrete are summarized and the experimental data are compared with capacities by the two present methods: the method of ACI 349-90 and concrete capacity design (CCD) method.
Milicevic, Ivan;Milosavljevic, Branko;Pavlovic, Marko;Spremic, Milan
Steel and Composite Structures
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v.36
no.3
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pp.321-337
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2020
Contemporary design and construction of steel-concrete composite structures employs the use of prefabricated concrete elements and demountable shear connectors in order to reduce the construction time and costs and enable dismantling of elements for their potential reuse at the end of life of buildings. Bolted shear connector with mechanical coupler is presented in this paper. The connector is assembled from mechanical coupler and rebar anchor, embedded in concrete, and steel bolt, used for connecting steel to concrete members. The behaviour and ultimate resistance of bolted connector with mechanical coupler in wide and narrow members were analysed based on push-out tests and FE analyses conducted in Abaqus software, with focus on concrete edge breakout and bolt shear failure modes. The effect of concrete strength, concrete edge distance and diameter and strength of bolts on failure modes and shear resistance was analysed. It was demonstrated that premature failure by breakout of concrete edge occurs when connectors are located 100 mm or closer from the edge in low-strength and normal-strength reinforced concrete. Furthermore, the paper presents a relatively simple model for hand calculation of concrete edge breakout resistance when bolted connectors with mechanical coupler are used. The model is based on the modification of prediction model used for cast-in and post-installed anchors loaded parallel to the edge, by implementing equivalent influence length of connector with variable diameter. Good agreement with test and FE results was obtained, thus confirming the validity of the proposed method.
Milosavljevic, Branko;Milicevic, Ivan;Pavlovic, Marko;Spremic, Milan
Steel and Composite Structures
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v.29
no.2
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pp.257-272
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2018
The research of shear connectors composed from mechanical couplers with rebar anchors, embedded in concrete, and steel bolts, as a mean of shear transfer in composite connections is presented in the paper. Specific issues related to this type of connections are local concrete pressure in the connector vicinity as well as the shear flow along the connector axis. The experimental research included 18 specimens, arranged in 5 series. Nonlinear numerical analyses using Abaqus software was conducted on corresponding FE models. Different failure modes were analysed, with emphasis on concrete edge failure and bolt shear failure. The influence of key parameters on the behaviour of shear connector was examined: (1) concrete compression strength, (2) bolt tensile strength and diameter and (3) concrete edge distance. It is concluded that bolted shear connectors with mechanical couplers have sufficient capacity to be used as shear connectors in composite structures and that their behaviour is similar to the behaviour of post installed anchors as well as other types of connectors anchored without the head.
Fu, Jinwei;Sarfarazi, Vahab;Haeri, Hadi;Marji, Mohammad Fatehi;Guo, Mengdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.1
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pp.81-91
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2022
The effects of interaction between concrete-gypsum interface and edge crack on the failure behavior of the specimens in senicircular bend (SCB) test were studied in the laboratory and also simulated numerically using the discrete element method. Some quarter circular specimens of gypsum and concrete with 5 cm radii and hieghts were separately prepared. Then the semicircular testing specimens were made by attaching one gypsum and one concrete sample to one another using a special glue and one edge crack is produced (in the interface) by do not using the glue in that part of the interface. The tensile strengths of concrete and gypsum samples were separately measured as 2.2 MPa and 1.3 MPa, respectively. during all testing performances a constant loading rate of 0.005 mm/s were stablished. The proposed testing method showed that the mechanism of failure and fracture in the brittle materials were mostly governed by the dimensions and number of discontinuities. The fracture toughnesses of the SCB samples were related to the fracture patterns during the failure processes of these specimens. The tensile behaviour of edge notch was related to the number of induced tensile cracks which were increased by decreasing the joint length. The fracture toughness of samples was constant by increasing the joint length. The failure process and fracture pattern in the notched semi-circular bending specimens were similar for both methods used in this study (i.e., the laboratory tests and the simulation procedure using the particle flow code (PFC2D)).
The internal crack propagation, the failure mode and ultimate load bearing capacity of the steel-concrete-steel composite beam under the four-point-bend loading is investigated by the numerical simulation. The results of load - displacement curve and failure mode are in good agreement with experiment. In order to study the failure mechanism, the composite beam has been modeled, which part interface interaction between steel and concrete is considered. The results indicate that there are two failure modes: (a) When the strength of the interface is lower than that of the concrete, failure happens at the interface of steel and concrete; (b) When the strength of the interface is higher than that of the concrete, the failure modes is cohesion failure, i.e., and concrete are stripped because of the shear cracks at concrete edge.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.40-47
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2014
Recently the use of concrete post-installed set anchors has been increasing because this constructing method is flexible and easy to attach or fix structural members when we repair, reinforce, or remodel structures. Accordingly, designers and builders of Korea depend on foreign design codes since there are no exact domestic anchor design codes that they could credit. The anchor in plain concrete loaded in tensile exhibits various failure modes such as concrete breakout, splitting, steel failure, pull-out and side-face blowout, that depending on the tensile strength of the steel, the strength of concrete, embedment depth, interval, the edge distance and the presence of adjacent anchor. The objective is to investigate the effects of the variations like anchor embedment depth, interval and edge distance on pull-out fracture behavior of post-installed concrete set anchor embedded in plain concrete.
Concrete cracking due to brittle tension strength significantly prevents fully utilization of the materials for "flexural-shear failure" type shear walls. Theoretical and experimental studies applying fiber reinforced concrete (FRC) have achieved fruitful results in improving the seismic performance of "flexural-shear failure" reinforced concrete shear walls. To come to an understanding of an optimal design strategy and find common performance prediction method for design methodology in terms to FRC shear walls, seismic performance on shear walls with PVA and steel FRC at edge columns and plastic region are compared in this study. The seismic behavior including damage mode, lateral bearing capacity, deformation capacity, and energy dissipation capacity are analyzed on different fiber reinforcing strategies. The experimental comparison realized that the lateral strength and deformation capacity are significantly improved for the shear walls with PVA and steel FRC in the plastic region and PVA FRC in the edge columns; PVA FRC improves both in tensile crack prevention and shear tolerance while steel FRC shows enhancement mainly in shear resistance. Moreover, the tensile strength of the FRC are suggested to be considered, and the steel bars in the tension edge reaches the ultimate strength for the confinement of the FRC in the yield and maximum lateral bearing capacity prediction comparing with the model specified in provisions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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