In this study, the flexural behavior of steel fiber reinforced ultra high performance concrete (UHPC) was investigated. It presents experimental results of steel fiber reinforced UHPC with steel fiber content of 2% by volume and steel reinforcement ratio of less than 0.02. This study aims at providing more information about UHPC beams in bending in order to establish a reasonable prediction model for flexural resistance and deflection in structural code in the future. The experimental results show that UHPC is in favor of cracking behavior and ductility of beams, and that the ductility indices range from 6.29 to 10.44, which means high ductility of UHPC. Also, the flexural rigidity of beam whose cast is begun from end of beam is larger than that of beam whose cast is begun from midspan of beam. This result represents that the flexural rigidity is affected by the placing method of UHPC.
In this study, the behavior of external beam-column joints reinforced by plain and deformed bars with non-seismic reinforcement details is investigated and compared. The beam-column joints represented in this study include a benchmark specimen by seismic details in accordance with ACI 318M-11 requirements and four other deficient specimens. The main defects of the non-seismic beam-column joints included use of plain bar, absence of transverse steel hoops, and the anchorage condition of longitudinal reinforcements. The experimental results indicate that using of plain bars in non-seismic beam-column joints has significantly affected the failure modes. The main failure mode of the non-seismic beam-column joints reinforced by deformed bars was the accumulation of shear cracks in the joint region, while the failure mode of the non-seismic beam-column joints reinforced by plain bars was deep cracks at the joint face and intersection of beam and column and there was only miner diagonal shear cracking at the joint region. In the other way, use of plain bars for reinforcing concrete can cause the behavior of the substructure to be controlled by slip of the beam longitudinal bars. The experimental results show that the ductility of non-seismic beam-column joints reinforced by plain bars has not decreased compared to the beam-column joints reinforced by deformed bars due to lack of mechanical interlock between plain bars and concrete. Also it can be seen a little increase in ductility of substructure due to existence of hooks at the end of the development length of the bars.
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 Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.2
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pp.66-73
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2021
In the existing study of steel beams with openings, openings are located at a location where the distance to the support point is equal to or greater than the section height. Considering the facilities using the openings in the steel beam, the distance from the opening to the support point may be closer than the height of the beam section. Therefore, research on this is needed. This study is an experimental study to understand the structural performance of beams with openings close to the ends subjected to Cyclic Loading. In addition, in this study, we want to understand the structural performance through experiments on beams with openings reinforced with vertical or horizontal steel plates.
Due to functional requirements, SRC column-RC beam abnormal joints with characteristics of strong beam weak column, variable column section, unequal beam height and staggered height exist in the Steel reinforced concrete (SRC) frame-bent main building structure of thermal power plant (TPP). This paper presents the experimental results of these abnormal joints through cyclic loading tests on five specimens with scaling factor of 1/5. The staggered height and whether adding H-shaped steel in beam or not were changing parameters of specimens. The failure patterns, bearing capacity, energy dissipation and ductile performance were analyzed. In addition, the stress mechanism of the abnormal joint was discussed based on the diagonal strut model. The research results showed that the abnormal exterior joints occurred shear failure and column end hinge flexural failure; reducing beam height through adding H-shaped steel in the beam of abnormal exterior joint could improve the crack resistance and ductility; the abnormal interior joints with different staggered heights occurred column ends flexural failure; the joint with larger staggered height had the higher bearing capacity and stiffness, but lower ductility. The concrete compression strut mechanism is still applicable to the abnormal joints in TPP, but it is affected by the abnormal characteristics.
Lee, Seung Jo;Park, Jung Min;Kim, Ki Wook;Kim, Wha Jung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.2
s.75
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pp.151-159
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2005
This study investigated the capacity evaluation of composite beam of the end-reinforced concrete, the center steel with attached main-bar of stud-bolt welting and flange with main parameter, such as shear span depth ratio (a/d=1.5, 2.5, 3.5), reinforcing method, reinforcing length, and steel main-bar ratio. The test results are summarized as follows: As the RC section becomes longer, the capacity ratio of Vsrc, test/Vsrc, the gradually decreased, with the tendency of decrease being remarkably more than a/d=3.5. The reinforcing method showed superior result both vertically and horizontally. And, capacity increase ratio displayed tendency that main-bar fixing length is obvious in 0.15L, and underestimate experimental value usually in Vsrc, Eq(3)~(5) equation. The capacity estimation was proposed equation by regression analysis with change of shear span depth ratio and main-bar fixing, steel main-bar ratio.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.1
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pp.213-221
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2002
This paper presents the experimental result of Reinforced Concrete column-steel beam joint connected by Band Plates(BP). Main parameters in the test are the shape of BP and thickness of plate. Ten interior and exterior RC column-steel beam joint specimens are designed. Cyclic loads are applied to the beam end of eight specimens (four interior specimens and four exterior specimens). To evaluate the cyclic effect, monotonic loads are acted for two specimens. All specimen showed similar failure pattern such as the plate of BP get torn after the large deformation. Even though the specimen with double cross type BP has lower strength than the specimen with single cross type BP, the energy dissipation capacity of the specimen turned out high. Thus, provided the strength of joint with double cross type to be designed to have suitable strength by increasing the thickness of plate, the joint system may show higher seismic capacity.
Subhani, Mahbube;Kabir, Muhammad Ikramul;Al-Amer, Riyadh
Steel and Composite Structures
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v.34
no.1
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pp.91-105
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2020
Steel-concrete composite beam with profiled steel sheet has gained its popularity in the last two decades. Due to the ageing of these structures, retrofitting in terms of flexural strength is necessary to ensure that the aged structures can carry the increased traffic load throughout their design life. The steel ribs, which presented in the profiled steel deck, limit the use of shear connectors. This leads to a poor degree of composite action between the concrete slab and steel beam compared to the solid slab situation. As a result, the shear connectors that connects the slab and beam will be subjected to higher shear stress which may also require strengthening to increase the load carrying capacity of an existing composite structure. While most of the available studies focus on the strengthening of longitudinal shear and flexural strength separately, the present work investigates the effect of both flexural and longitudinal shear strengthening of steel-concrete composite beam with composite slab in terms of failure modes, ultimate load carrying capacity, ductility, end-slip, strain profile and interface differential strain. The flexural strengthening was conducted using carbon fibre reinforced polymer (CFRP) or steel plate on the soffit of the steel I-beam, while longitudinal shear capacity was enhanced using post-installed high strength bolts. Moreover, a combination of both the longitudinal shear and flexural strengthening techniques was also implemented (hybrid strengthening). It is concluded that hybrid strengthening improved the ultimate load carrying capacity and reduce slip and interface differential strain that lead to improved composite action. However, hybrid strengthening resulted in brittle failure mode that decreased ductility of the beam.
This paper presents a numerical model developed to evaluate the load-deflection and moment-curvature relationship for concrete beams strengthened externally with four different Fiber Reinforced Polymer (FRP) composite systems. The developed model considers the inelastic behavior of concrete section subjected to a combined axial force and bending moment. The model accounts for tensile strength of concrete as defined by the modulus of rupture of concrete. Based on the adopted material constitutive relations, the model evaluates the sectional curvature as a function of the applied axial load and bending moment. Deflections along the beam are evaluated using a finite difference technique taking into account support conditions. The developed numerical technique has been tested on a cantilever beam with a transverse load applied at its end. A study of the behavior of the beam with tension reinforcement compared to that with FRP areas giving an equivalent ultimate moment has been carried out. Moreover, cracking of the section in the tensile region at ultimate load has also been considered. The results indicated that beams reinforced with FRP systems possess more ductility than those reinforced with steel. This ductility, however, can be tuned by increasing the area of FRP or by combining different FRP layers.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.11
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pp.19-26
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2018
This paper presents the shear strengthening effect of externally post-tensioning (EPT) method using high-strength steel rod in pre-cracked reinforced concrete (RC) beams. Three- and four-point bending tests were performed on a total of 8 specimens by adjusting the strengthening depths in the deviator position of EPT. The effective strengthening depths were 435, 535, and 610 mm. The pre-loading up to about 2/3 of ultimate load capacity measured in unstrengthened RC beam were applied in the beam to be post-tensioned. The EPT method was then applied to the pre-damaged RC beams and re-loading was added until the end of the test. EPT restored deflections of 3 mm or more, which account for about 40% of deflection when the pre-loading was applied. The shear strengthening increases more than 3 times and 36~107% in terms of the stiffness and load-carrying capacity compared to unstrengthening RC beams. The increased load-carrying capacities of the post-tensioned beam with strengthening depths of 435 and 535 mm are almost the same as 36~61%, and those of 610 mm are 84~107%, which shows the greatest shear strengthening effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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