Seismic design of reinforced concrete (RC) structures requires a certain minimum level of flexural ductility. For example, Eurocode EN1998-1 directly specifies a minimum flexural ductility for RC beams, while Chinese code GB50011 limits the equivalent rectangular stress block depth ratio at peak resisting moment to achieve a certain nominal minimum flexural ductility indirectly. Although confinement is effective in improving the ductility of RC beams, most design codes do not provide any guidelines due to the lack of a suitable theory. In this study, the confinement for desirable flexural ductility performance of both normal- and high-strength concrete beams is evaluated based on a rigorous full-range moment-curvature analysis. An effective strategy is proposed for flexural ductility design of RC beams taking into account confinement. The key parameters considered include the maximum difference of tension and compression reinforcement ratios, and maximum neutral axis depth ratio at peak resisting moment. Empirical formulae and tables are then developed to provide guidelines accordingly.
In the design of earthquake resistant reinforced concrete (RC) structures, both flexural strength and deformability need to be considered. However, in almost all existing RC design codes, the design of flexural strength and deformability of RC beams are separated and independent on each other. Therefore, the pros and cons of using high-performance materials on the flexural performance of RC beams are not revealed. From the theoretical results obtained in a previous study on flexural deformability of RC beams, it is seen that the critical design factors such as degree of reinforcement, concrete/steel yield strength and confining pressure would simultaneously affect the flexural strength and deformability. To study the effects of these factors, the previous theoretical results are presented in various charts plotting flexural strength against deformability. Using these charts, a "concurrent flexural strength and deformability design" that would allow structural engineers to consider simultaneously both strength and deformability requirements is developed. For application in real construction practice where concrete strength is usually prescribed, a simpler method of determining the maximum and minimum limits of degree of reinforcement for a particular pair of strength and deformability demand is proposed. Numerical examples are presented to illustrate the application of both design methods.
Current design standards do not provide adequate guidelines for the fire design of cold-formed steel compression members subject to flexural-torsional buckling. Eurocode 3 Part 1.2 (2005) recommends the same fire design guidelines for both hot-rolled and cold-formed steel compression members subject to flexural-torsional buckling although considerable behavioural differences exist between cold-formed and hot-rolled steel members. Past research has recommended the use of ambient temperature cold-formed steel design rules for the fire design of cold-formed steel compression members provided appropriately reduced mechanical properties are used at elevated temperatures. To assess the accuracy of flexural-torsional buckling design rules in both ambient temperature cold-formed steel design and fire design standards, an experimental study of slender cold-formed steel compression members was undertaken at both ambient and elevated temperatures. This paper presents the details of this experimental study, its results, and their comparison with the predictions from the current design rules. It was found that the current ambient temperature design rules are conservative while the fire design rules are overly conservative. Suitable recommendations have been made in relation to the currently available design rules for flexural-torsional buckling including methods of improvement. Most importantly, this paper has addressed the lack of experimental results for slender cold-formed steel columns at elevated temperatures.
This paper investigates the parameters that control the design of Fiber Reinforced Polymer (FRP) reinforced concrete flexural members proportioned following the ACI 440.1R-06. It investigates the critical parameters that control the flexural design, such as the deflection limits, crack limits, flexural capacity, concrete compressive strength, beam span and cross section, and bar diameter, at various Mean-Ambient Temperatures (MAT). The results of this research suggest that the deflection and cracking requirements are the two most controlling limits for FRP reinforced concrete flexural members.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.1
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pp.59-66
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2022
In this paper, the flexural capacity equation of FRP-bar reinforced concrete beams was verified by comparing the experimental results and flexural capacity obtained according to the ACI procedure. And, also the economic feasibility of FRP-bar reinforced concrete beams was analyzed by comparing nominal moment capacity of beams. The results of analysis were as follows, 1) GFRP concrete beams have lower flexural performance than reinforced concrete beams, whereas CFRP concrete beams have similar flexural performance to reinforced concrete beams under the same reinforcement ratio 2) Although the design moment increased as the compressive strength of concrete increased, the flexural performance of GFRP reinforced concrete beams was found to be lower than the reinforced concrete beams for all reinforcement ratios.
Cracking of reinforced concrete flexural members is a highly random phenomenon. In this paper reliability models are presented to determine the probabilities of failure of flexural members against the limit states of first crack and maximum crackwidth. The models proposed take into account the mechanism of cracking. Based on the reliability models discussed, Eqs. (8) and (9) useful in the reliability-based design of flexural members are presented.
Flexural strength of concrete ground slab reinforced with steel fiber is evaluated using the equivalent flexural strength ratio of steel fiber reinforced concrete based on the yield line theory. Recently, the European standard specifies that the tensile performance of the steel fiber reinforced concrete be evaluated directly from the residual flexural strength after the cracking of concrete. Thus, in the study, an experiment was carried out to evaluate the conventional equivalent flexural strength ratio and the residual flexural strength of the steel fiber reinforced concrete. Then the design flexural strength was investigated according to the location of a point load, based on the ratio of the radius of contact area of the load to the radius of relative stiffness. Design flexural capacity obtained from ACI 360R-10 was smaller than that from TR 34 (2003 & 2013). In addition, TR 34 (2013), which evaluates the design flexural capacity based on the residual flexural strength, showed slightly smaller value than TR 34 (2003).
Kim, Jung Joong;Noh, Hyuk-Chun;Reda Taha, Mahmoud M.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.2
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pp.11-18
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2012
This study proposes flexural failure design criteria of continuous slabs enhanced by a hybrid system of fiber reinforced polymer (FRP) and ultra high performance concrete (UHPC). The proposed hybrid retrofit system is designed to be placed at the top surface of the slabs for flexural strengthening of the sections in both positive and negative moment zones. The enhancing mechanisms of the proposed system for both positive and negative moment regions are presented. The neutral axis of the enhanced sections in positive moment zone at flexural failure is enforced to be in UHPC overlay for preventing the compression in FRP. From this condition, a relationship between design parameters of FRP and UHPC is established. Although the capacity of the proposed retrofit system to enhance flexural strength and ductility is confirmed through experiments of one-way RC slabs having two continuous spans, the retrofitted slabs failed in shear. To prevent this shear failure, a design criteria of flexural failure is proposed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.421-426
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2003
For the replacement of deteriorated concrete decks or wider-span slab, composite slab could be very attactive due to higher stiffness and strength. Based on the previous research, a modified I-beam composite hollow slab was suggested. In order to investigate the static flexural behavior of the proposed composite slab and to suggest its flexural design method, experiments were performed. Judging from the tests, a composite slab with I-beam having a semi-circle hole showed better structural performance. The effect of web details on the flexural stiffness was negligible. Flexural stiffness, ultimate strength, and ductility of the composite slabs were significantly greater than the RC slab due to composite action. While the failure of the RC slab was punching shear failure, the composite hollow slab showed flexural cracking and failure by yielding of the I-beams and crushing of concrete. Therefore, the current one-way design concept is appropriate for the design of I-beam composite hollow slab.
The flexural strength of circular concrete-filled tubes (CCFT) can be estimated by several codes such as ACI, AISC, and Eurocode 4. In AISC and Eurocode, two methods are recommended, which are the strain compatibility method (SCM) and the plastic stress distribution method (PSDM). The SCM of AISC is almost the same as the SCM of the ACI method, while the SCM of Eurocode is similar to the ACI method. Only the assumption of the compressive stress of concrete is different. The PSDM of Eurocode approach is also similar to the PSDM of AISC, but they have different definitions of material strength. The PSDM of AISC is relatively easier to use, because AISC provides closed-form equations for calculating the flexural strength. However, due to the complexity of calculation of circular shapes, it is quite difficult to determine the flexural strength of CCFT following other methods. Furthermore, all these methods give different estimations. In this study, an effort is made to review and compare the codes to identify their differences. The study also develops a computing program for the flexural strength of circular concrete filled tubes under pure bending that is in accordance with the codes. Finally, the developed computing algorithm, which is programmed in MATLAB, is used to generate design aid graphs for various steel grades and a variety of strengths of steel and concrete. These design aid graphs for CCFT beams can be used as a preliminary design tool.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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