The present paper reviews the shear design (of reinforced concrete beam) provisions of four different national codes and proposes a new but simplified shear strength empirical expression, incorporating variables such as compressive strength of concrete, percentage of longitudinal and vertical steel/s, depth of beam in terms of shear span-to-depth ratio, for reinforced concrete (RC) beams without shear reinforcement. The expression is based on the experimental investigation on RC beams without shear reinforcement. Further, the comparisons of shear design provisions of four National codes viz.: (i) IS 456-2000, (iii) BS 8110-1997, (iv) ACI 318-2002 (v) EuroCode-2-2002 and the proposed expression for the prediction of shear capacity of normal beam/s, have been made by solving a numerical example. The results of the numerical example worked out suggest that there is need for revision in the shear design procedure of different codes. Also, the proposed expression is less conservative among the IS, BS & Eurocode.
The numerical investigations have been carried out on deep beam with opening subjected to static monotonic loading to demonstrate the accuracy and effectiveness of the finite element based numerical models. The simulations were carried out through finite element program ABAQUS/CAE and the results thus obtained were validated with the experiments available in literature. Six simply supported beams were modelled with two square openings of 200 and 250 mm sides considered as opening at centre, top and bottom of the beam. In order to define the material behaviour of concrete and reinforcing steel bar the Concrete Damaged Plasticity model and Johnson-Cook material parameters available in literature were employed. The numerical results were compared with the experiments in terms of ultimate failure load, displacement and von-Mises stresses. In addition to that, seventeen beams were simulated under static loading for studying the effect of opening location, size and shape of the opening and depth, span and shear span to depth ratio of the deep beam. In general, the numerical results accurately predicted the pattern of deformation and displacement and found in good agreement with the experiments. It was concluded that the structural response of deep beam was primarily dependent on the degree of interruption of the natural load path. An increase in opening size from 200 to 250 mm size resulted in an average shear strength reduction of 35%. The deep beams having circular openings undergo lesser deflection and thus they are preferable than square openings. An increase in depth from 500 mm to 550 mm resulted in 78% reduced deflection.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.2
no.2
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pp.115-122
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2008
Ductility is important in the design of reinforced concrete structures. In seismic design of reinforced concrete members, it is necessary to allow for relatively large ductility so that the seismic energy is absorbed to avoid shear failure or significant degradation of strength even after yielding of reinforcing steels in the concrete member occurs. Therefore, prediction of the ductility should be as accurate as possible. The principal aim of this paper is to present the basic data for the ductility evaluation of reinforced high-strength concrete beams. Accordingly, 23 flexural tests were conducted on full-scale structural concrete beam specimens having concrete compressive strength of 40, 60, and 70MPa. The test results were then reviewed in terms of flexural capacity and ductility. The effect of concrete compressive strength, web reinforcement ratio, tension steel ratio, and shear span to beam depth ratio on ductility were investigated experimentally.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.04b
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pp.463-468
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1998
This paper presents the shear behavior in reinforced normal and high-strength concrete beams with Belite cement due to the increase of concrete compressive strength. The shear tests were conducted on thirty two beam specimens having concrete compressive strengths of 350 and 600kg/$\textrm{cm}^2$. The major experimental variables are compressive strength of concrete, shear span to depth ratio, and shear reinforcement ratio. The shear responses as to each variable are discussed in terms of shear capacity. The comparison of prediction equations with test results is also presented.
An equivalent single-layer theory (EST) is put forward for analyzing free vibrations of steel-concrete composite beams (SCCB) based on a higher-order beam theory. In the EST, the effect of partial interaction between sub-beams and the transverse shear deformation are taken into account. After using the interlaminar shear force continuity condition and the shear stress free conditions at the top and bottom surface, the displacement function of the EST does not contain the first derivatives of transverse displacement. Therefore, the C0 interpolation functions are just demanded during its finite element implementation. Finally, the EST is validated by comparing the results of two simply-supported steel-concrete composite beams which are tested in laboratory and calculated by ANSYS software. Then, the influencing factors for free vibrations of SCCB are analyzed, such as, different boundary conditions, depth to span ratio, high-order shear terms, and interfacial shear connector stiffness.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.3
no.1
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pp.39-45
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2009
The purpose of this study is to establish flexural behavior of high-strength concrete beams confined in the pure bending zone with stirrups. The experiment was carried out on full-scale high-strength reinforced concrete beams, of which the compressive strengths were 40 MPa and 70 MPa. The beams were confined with rectangular closed stirrups. Test results are reviewed in terms of flexural capacity and ductility. The effect of web reinforcement ratio, longitudinal reinforcement ratio and shear span to beam depth ratio on ductility are investigated. The analytic method is based on finite element method using fiber-section model, which is known to define the behavior of reinforced concrete structures well up to the ultimate state and is proven to be valid by the verification with the experimental results above. It is found that confinement of concrete compressive regions with closed stirrups does not affect the flexural strength but results in a significantly increased ductility. Moreover, the ductility tends to increase as the quantity of stirrups increases by reducing the spacing of stirrups.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.2
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pp.281-291
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2002
This paper describes the minimum cost design of prestressed reinforced concrete (PRC) hem with rectangular section. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, prestressing steel, non prestressing steel, and formwork is minimized. The design constraints include limits on the minimum deflection, flexural and shear strengths, in addition to ductility requirements, and upper-Lower bounds on design variables as stipulated by the specification. The optimization is carried out using the methods based on discretized continuum-type optimality criteria(DCOC). Based on Kuhn-Tucker necessary conditions, the optimality criteria are explicitly derived in terms of the design variables - effective depth, eccentricity of prestressing steel and non prestressing steel ratio. The prestressing profile is prescribed by parabolic functions. In this paper the effective depth is considered to be freely-varying and one uniform for the entire multispan beam respectively. Also the maximum eccentricity of prestressing force is considered in every span. In order to show the applicability and efficiency of the derived algorithm, several numerical examples of PRC continuous beams are solved.
The purpose of this study is to investigate the structural performance of doubly reinforced composite beams with steel fiber concretes and steel angles. For this purpose, total 6 specimens whose variables are shear span-to-depth ratio, existence of shear reinforcement, and shear reinforcement details, are made and tested. All specimens are constructed of steel fiber concretes with specified compressive strength of 30 MPa and steel fiber volumn content of 1%. From the experimental results, structural performance of doubly reinforced composite beams are evaluated in terms of strength, stiffness, ductility, and energy absorbing capacity. For the better structural performance, it is recommended that the composite beam is designed with diagonal shear reinforcement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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