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.
The flexural behaviour of steel beams significantly affects the structural performance of the steel frame structures. In particular, the flexural overstrength (namely the ratio between the maximum bending moment and the plastic bending strength) that steel beams may experience is the key parameter affecting the seismic design of non-dissipative members in moment resisting frames. The aim of this study is to present a new formulation of flexural overstrength factor for steel beams by means of artificial neural network (NN). To achieve this purpose, a total of 141 experimental data samples from available literature have been collected in order to cover different cross-sectional typologies, namely I-H sections, rectangular and square hollow sections (RHS-SHS). Thus, two different data sets for I-H and RHS-SHS steel beams were formed. Nine critical prediction parameters were selected for the former while eight parameters were considered for the latter. These input variables used for the development of the prediction models are representative of the geometric properties of the sections, the mechanical properties of the material and the shear length of the steel beams. The prediction performance of the proposed NN model was also compared with the results obtained using an existing formulation derived from the gene expression modeling. The analysis of the results indicated that the proposed formulation provided a more reliable and accurate prediction capability of beam overstrength.
Park, Ji-Sum;You, Young-Jun;Park, Young-Hwan;Kim, Keung-Hwan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.325-328
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2008
This study is to investigate experimentally the long-term deflection of concrete beams with glass fiber reinforced polymer (GFRP) reinforcing bars subjected to the sustained flexural load for periods of up to 6 months. A total of four beams were tested. All beams were designed with net span of 2,700 mm and rectangular cross-section of 200 mm width and 300 mm depth. From the test results the time-dependent deflection of concrete beams with GFRP bars was about 40 to 70% of the initial deflection. As well as this paper compares the long-term deflection calculated by 440.1R-06 design guide and that of tested beams. The comparison indicated that the calculated long-term deflection overestimate the observed long-term deflection of concrete beams with FRP rebars.
The main goal of this study was to examine the shear behavior of reinforced concrete beams strengthened with CFRP strups. Seven rectangular beams were tested. The test variables were the configuration types, spacing length of CFRP strips and the amount of reinforced stirrups bars. From this experimental study, the shear capacity of beams strengthened with CFRP increased significantly compared to the beam without CFRP strip. Maximum increase of ultimate shear strength was found about 100% more than that of the beam without a CFRP strip and the CFRP strips attached in the shear region can resist the occurrence of the initial shear cracks and the propagation of major shear cracks. In this test, most of the shear strengthened beams failed suddenly due to the debonding of CFRP strips. A calculation of the shear strength of reinforced beams strengthened with CFRP strips based on the effective stresses was conducted and the comparisons were made with the test results.
In this study, the performance of shear deficient reinforced concrete (RC) beams with rectangular cross-sections, which were externally bonded reinforced (EBR) with high strength CFRP and GFRP strips composite along shear spans, has been experimentally and analytically investigated under vertical load. In the study, the minimum CFRP and GFRP strips width over spacing were considered. The shear beam with turned end to a bending beam was investigated by applying different composite strips. Therefore various arising in each of strength, ductility, rigidity, and energy dissipation capacity were obtained. A total of 12 small-scaled experimental programs have been performed. Beam dimensions have been taken as 100×150×1000 mm. Four beams have been tested as unstrengthened samples. This paper focuses on the effect of minimum CFRP and GFRP strip width on behaviours of RC beams shear-strengthened with full-wrapping, U-wrapping, and U-wrapping+longitudinal bonding strips. Strengthened beams showed significant increments for flexural ductility, energy dissipation, and inelastic performance. The full wrapping strips applied against shear failure have increased the load-carrying capacity of samples 53%-63% interval rate. Although full wrapping is the best strengthening choice, the U-wrapping and U-wrapping+longitudinal strips of both CFRP and GFRP bonding increased the shear capacity by 53%~75% compared to the S2 sample. In terms of ductility, the best result has been obtained by the type of strengthening where the S5 beam was completely GFRP wrapped. The experimental results were also compared with the analytically given by ACI440.2R-17, TBEC-2019 and FIB-2001. Especially in U-wrapped beams, the estimation of FIB was determined to be 81%. The estimates of the other codes are far from meeting the experimental results; therefore, essential improvements should be applied to the codes, especially regarding CFRP and GFRP deformation and approaches for longitudinal strip connections. According to the test results, it is suggested that GFRP, which is at least as effective but cheaper than CFRP, may be preferred for strengthening applications.
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.
In the design of reinforced rectangular concrete beam structure, the minimum amount of flexural reinforcement is required to avoid brittle failure. KCI code is based on concept of ultimate strength and usually used as a model code. But bridge design code enacted by Ministry of land, transportation and maritime affairs in 2012 is based on concept of limit state and similar to Euro code EN 1992-2. This means that the minimum reinforcement presented in both design codes has different origination and safety margin. When rectangular concrete beams with minimum reinforcement are designed according to EN and KCI codes, the amount of minimum reinforcement specified in EN code is only 76% of that in KCI code. This makes the design engineers to be confused. In this study, flexural tests were conducted on nine beams with the two different minimum reinforcement specified in KCI and EN design codes. In results, the measured ratios of nominal strength to crack strength from the test were about 25% greater than those evaluated from the equations presented in KCI and EN codes. The EN beams having only 76% of the minimum reinforcement for the KCI beams were fractured by rupture of steel reinforcement but in ductile manner. It is confirmed that the minimum reinforcement concrete beams designed according to both codes have enough safety margin in flexural capacity and moreover in ductility.
In this study, the flexural characteristics of reinforced polymer concrete T-beams strengthened with GFRP, typically used for bridges and parking structures, are investigated. A method to determine the flexural failure mode of reinforced polymer concrete T-beams comprised of compression failure (CF), tension failure (TF), and fiber sheet failure (FF) for different levels of GFRP strengthening is proposed. Moreover, the present study provides a formula to calculate the design flexural strength for each failure mode. In reinforced polymer concrete T-beams strengthened with GFRP, an ideal failure mode can be achieved when the failure occurs in the following order: 1) yield of steel reinforcement, 2) failure of GFRP, and 3) compression failure of concrete. In the case of FF mode, due to GFRP failure before the polymer concrete crushing in compression region, a concept of equivalent rectangular block based on the ultimate limit state of concrete should not be used. Thus, this study suggests an idealized stress-strain curve for polymer concrete and finds parameters for stress block, ${\alpha}$ and ${\beta}$ based on the strain distribution in polymer concrete. Furthermore, the present study suggests an aspect ratio of 2.5 by examining the compressive stress distribution and design flexural strength characteristics for different aspect ratio of T-beams. This study also provides a design flexural strength formula, and validates its acceptability based on experiment and theoretical analysis.
The rigid connections of I-beams to Rectangular Hollow Sections (RHS) in steel structures usually behave as semi-rigid connection. This behavior is directly related to the column face deformation. The deformation in the wall of RHS column in the connection zone causes a relative rotation between beam end and column axis, which consequently reduces the rigidity of beam-column connection. In the present paper, the percentages of connection rigidity reduction for serviceability conditions are evaluated by using the finite element analysis. Such percentages for RHS columns without internal stiffeners are considerable, and can be calculated from presented graphs.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2012.05a
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pp.331-332
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2012
Structural steel has been used as a primary materials to columns and beams since 1960's in Korea with an advantages of excellent of load-bearing capacity and design flexibility, and faster construction. However, if the steel columns made of structural steel exposed to fire the load-bearing capacity is going down steadily and finally reach to collapse. Therefore, building regulation requires fire resistance according to building occupation, scales. The fire resistance can be evaluated two categories. One is prescriptive method that is based on building regulation, specification and so on and the other is performance-based fire engineering method. The latter can be designed based on scientific and engineering consequences. The easiest evaluation way using the fire engineering design is comparing to the limiting temperature and maximum temperature calculated based on heat transfer theory. If the limiting temperature of a column exceeds the maximum temperature of it, the column can carry the load during the fire. Therefore, the database of limiting temperature is very essential for evaluation of column. In this paper, to build the database of column made of rectangular hollow sections 8 fire tests with loading were conducted and the relation between the limiting temperature and the applied loads showed in reverse proportion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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