Dar, M. Adil;Subramanian, N.;Dar, A.R.;Majid, Muheeb;Haseeb, Mohd;Tahoor, Mugees
Steel and Composite Structures
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v.30
no.4
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pp.393-403
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2019
Cold-formed steel (CFS) has a great potential to meet the global challenge of fast-track and durable construction. CFS members undergo large buckling instabilities due to their small wall thickness. CFS beams with corrugated webs have shown great resistance towards web buckling under flexure, when compared to the conventional I-sections. However, the magnitude of global imperfections significantly affects the performance of CFS members. This paper presents the first attempt made to experimentally study the effect of global imperfections on the structural efficiency of various strengthening schemes implemented in CFS beams with corrugated webs. Different strengthening schemes were adopted for two types of beams, one with large global imperfections and the other with small imperfections. Strength and stiffness characteristics of the beams were used to evaluate the structural efficiency of the various strengthening schemes adopted. Six tests were performed with simply supported end conditions, under four-point loading conditions. The load vs. mid-span displacement response, failure loads and modes of failure of the test specimens were investigated. The test results would compensate the lack of experimental data in this area of research and would help in developing numerical models for extensive studies for the development of necessary guidelines on the same. Strengthening schemes assisted in enhancing the member performance significantly, both in terms of strength and stiffness. Hence, providing an economic and time saving solution to such practical structural engineering problems.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.289-295
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2008
The purpose of this study was to examine the flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with CFRP strips. A total of 12 rectangular beams were tested. Test variables in this study were the shapes, bonded length and the number of longitudinal layers of CFRP strips. From the experimental study, flexural capacity of the beams strengthened with CFRP strips significantly increased compared to the reinforced concrete beam without a CFRP strip. Maximum increase of ultimate strength was found about 120% more than the control beam. In this test, most of the strengthened beams failed suddenly due to the debonding of CFRP strips. It is also observed that the debonding of the strip was initiated in the flexural zone of the beam and propagated rapidly to the end of the beam. The ultimate tensile strains of CFRP strips in this test were occurred at the level of 36% of rupture tensile strength of the CFRP strip, and an analytical approach to compute the flexural strength of reinforced beams strengthened with CFRP strips based on the effective stresses was conducted.
There have been conducted a lot of works on shear behavior of steel fiber reinforced concrete beams. Fiber reinforced concrete beams without shear reinforcement were tested to determine their cracking shear strengths and ultimate shear capacities. Results of tests on 14 reinforced concrete beams (including 11 containing steel fibers) are reported. Two parameters were varied in the study, namely, the volume fraction of fibers and shear span-to-depth ratio.The effects of fiber incorporation on failure modes, deflections, cracking shear strength, and ul~imate shear strength have been examined. Resistance to shear stresses have been found to be improved by the inclusion of fibers, The mode of failure changed from shear to flexure when the shear span-to-depth ratio exceeds 3.4. Based on these investigations, a method of computing the shear strength of steel fiber reinforced concrete beam is suggested. The comparisons between computed values and expenmentally observed values are shown to verify the proposed theoretical treatment and steel fibers efficiency.
Steel plate-concrete composite slabs provide attractive features, such as more effective loading transfer, and more cost-effective stay-in-place forms, thereby enabling engineers to design more high-performance light structures. Although significant studies in the literatures have been directed toward designing and implementing the steel plate-concrete composite beams, there are limited data available for understanding of the composite slabs. To fill this gap, nine the composite slabs with different variables in this study were tested to unveil the impacts of the critical factors on the ultimate strength behavior. The key information of the findings included sample failure modes, crack pattern, and ultimate strength behavior of the composite slabs under either four-point or three-point loading. Test results showed that the failure modes varied from delamination to shear failures under different design factors. Particularly, the shear stud spacing and thicknesses of the concrete slabs significantly affected their ultimate load-carrying capacities. Moreover, an analytical model of the composite slabs was derived for determining their ultimate load-carrying capacity and was well verified by the experimental data. Further extensive parametric study using the proposed analytical methods was conducted for a more comprehensive investigation of those critical factors in their performance. These findings are expected to help engineers to better understand the structural behavior of the steel plate-concrete composite slabs and to ensure reliability of design and performance throughout their service life.
This paper deals with a comparative study among three different rehabilitation techniques, namely, (i) carbon fibre reinforced polymer (CFRP), (ii) glass fibre reinforced polymer (GFRP) and (iii) ferrocement on the flexural strengthening of reinforced cement concrete (RCC) beams. As these different techniques have to be compared on a level playing field, tensile coupon tests have been carried out initially for GFRP, CFRP and ferrocement and the number of layers required in each of these composites in terms of the tensile strength. It was found that for the selected constituents of the composites, one layer of CFRP was equivalent to three layers of GFRP and five layers of wiremesh reinforcement in ferrocement. Rehabilitation of RCC beams using these equivalent laminates shows that all the three composites performed in a similar way and are comparable. The parameters selected in this study were (i) the strengthening material and (ii) the level of pre-distress induced to the beams prior to the rehabilitation. It was noticed that, as the levels of pre-distress decreases, the percentage attainment of flexural capacity and flexural stiffness of the rehabilitated beams increases for all the three selected composites used for rehabilitation. Load-deflection behavior, failure modes, energy absorption capacity, displacement ductility and curvature ductility were compared among these composites and at different distress levels for each composite. The results indicate that ferrocement showed a better performance in terms of ductility than other FRPs, and between the FRPs, GFRP exhibited a better ductility than the CFRP counterpart.
In order to improve the cracking resistance of reinforced concrete and give full play to the advantages of prefabricated assembly structure in construction, prestressed reinforced concrete composite beam (PRCC) is proposed. Through the bending static test of seven I-shaped beam specimens, the bending failure modes and bearing capacity of PRCC and reinforced concrete composite beam are compared and analyzed, and the effects of prestress size, prestressed reinforcement layout and prestress application sequence on the flexural behavior of PRCC beams are studied. The results show that the cracking load and ultimate load of PRCC beams significantly increased after prestressing, and prestressed tendons can effectively control the crack development. With the increase of prestressing degree, the deformation resistance and bending stiffness of PRCC beams are increased. The application sequence of prestress has little influence on the mechanical properties of PRCC beams. The crack width, stiffness and normal section bearing capacity of PRCC beam are analyzed, and the calculated results are in good agreement with the experimental results.
Thin-walled concrete-filled U-shaped steel beams have been recently used in building structures for shortening the construction period and cost efficiency of structural members. In this study, the flexural and shear behavior of newly developed bolt-connected U-shaped steel beams filled with concrete was experimentally evaluated considering load conditions for positive and negative moments, and types of U-shaped steel sections. Because the cross sections are not symmetrical about a horizontal axis, compressive buckling of bottom plates was observed along with web shear buckling under negative moment loading, while the slab concrete under compression was crushed under a positive moment loading. Despite such different shear failure modes depending on load conditions, the shear strength of the composite beams can be conservatively predicted using AISC 360-16 and Eurocode 4. Although the shear contribution of filled concrete is neglected according to the current design codes, the shear capacity of the steel web considering the shear buckling coefficient corresponding to the web width-to-thickness ratio reasonably predicts the test results. In addition, for deep composite beams, the longitudinal lips of a U-shaped steel section anchored into filled concrete can improve the interfacial bond between steel and concrete, thereby enhancing the shear contribution of the steel web.
Liusheng Chu;Yunhui Chen;Jie Li;Yukun Yang;Danda Li;Xing Ma
Steel and Composite Structures
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v.50
no.4
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pp.419-428
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2024
Prefabricated partially-encased composite (PEC) structural component is widely used in construction industry due to its superior structural performance and easy assembly characteristic. However, the solid web in traditional PEC components tends to split concrete into two halves, thus potentially reduces structural integrity and requires double concrete pouring. To overcome the above disadvantages, a new PEC beam with open-web π-shaped steel is proposed in this paper. Four open-web PEC beams with varying sectional height, flange thickness and web void rate were constructed and tested under flexural loads. During experimental tests, all beams exhibited typical flexural failure modes with strong moment capacities and excellent ductility. Owing to the unique construction form of web opening, steel-concrete bonding properties were enhanced and very small relative steel-concrete slips were observed. Experimental results also showed that the flexural capacity of such PEC beams increased with the increase of the sectional height and flange thickness, while was not affected by the web void rate. At last, a flexural capacity formula of the open-web PEC beam was proposed based on the whole section plastic rule. The formula results agreed well with experimental results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.1
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pp.131-136
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2013
The purpose of this study is to establish the flexural strengthening method of the concrete members. To accomplish this objective, a total of seven concrete beams were tested. From this study, it is found that the initial flexural stiffness and strength of the beams reinforced with NSM CFRP strips were significantly improved compared to the beam without CFRP strip. Failure of the beam reinforced with NSM strips is initiated by failure of NSM strips, eventually sudden explosive compressive failure in the loaded region. This strengthening method combined with NSM CFRP strips and high performance mortar for concrete cover recovery is evaluated by a good strengthening method for the strength, durability and good appearance of concrete structures.
Ibrahim, Omar Mohamed Omar;Heniegal, Ashraf Mohamed;Ibrahim, Khamis Gamal;Agwa, Ibrahim Saad
Advances in concrete construction
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v.10
no.5
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pp.455-462
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2020
This study investigated the effect of horizontal casting joints on the mechanical properties and structural behavior of sustainable self-compacting reinforced concrete beams (SCRCB). The experimental research consisted of two stages. The first stage used four types of concrete mixtures which were produced to indicate the effects of cement replaced with cement waste at 0%, 5%, 10%, and 15% by weight of cement content on fresh concrete properties of self-compacting concrete (SCC) such as, passing ability, filling ability, and segregation resistance. In addition, mechanical properties such as compressive, tensile, and flexural strength were also studied. The second stage selected the best mixture from the first stage and studied the effect of horizontal casting joints on the structural behavior of sustainable SCRCBs. The effect of horizontal casting joints on the mechanical properties and structural behavior were at the 25%, 50%, 75%, and 100% of sample height. Load deflection, failure mode, and theoretical analysis were studied. Results indicated that the incorporation of replacement with cement waste by 5% to 10% led to economic and environmental advantages, and the results were acceptable for fresh and mechanical properties. The results indicated that delaying the time for casting the second layer and increasing the cement waste in concrete mixtures had a great effect on the mechanical properties of SCC. The ultimate load capacity of horizontal casting joints reinforced concrete beams slightly decreased compared with the control beam. The maximum deflection of casting joint beams with 75% of samples height is similar with the control beam. The experimental results of reinforced concrete beams were substantially acceptable with the theoretical results. The failure modes obtained the best forced casting joint on the structural behavior at 50% height of casting in the beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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