Md. Akter Hosen;Khalid Ahmed Al Kaaf;A.B.M. Saiful Islam;Mohd Zamin Jumaat;Zaheer Abbas Kazmi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.67-81
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2023
The reinforced concrete (RC) structures might need strengthening or upgradation due to adverse environmental conditions, design defects, modification requirements, and to prolong the expected lifespan. The RC beams have been efficiently strengthened using the near surface mounted (NSM) approach over the externally bonded reinforcing (EBR) system. In this study, the performance of RC beam elements strengthened with NSM-steel rebars was investigated using an experimental program and nonlinear finite element modeling (FEM). Nine medium-sized, rectangular cross-section RC beams total in number made up for the experimental evaluation. The beams strengthened with varying percentages of NSM reinforcement, and the number of grooves was assessed in four-point bending experiments up to failure. Based on the experimental evaluation, the load-displacement response, crack features, and failure modes of the strengthened beams were recorded and considered. According to the experimental findings, NSM steel greatly improved the flexural strength (up to about 84%) and stiffness of RC beams. The flexural response of the tested beams was simulated using a 3D non-linear finite element (FE) model. The findings of the experiments and the numerical analysis showed good agreement. The effect of the NSM groove and reinforcement on the structural response was then assessed parametrically.
An analytical approach for the prediction of the behaviour of steel-fiber reinforced concrete beams subjected to torsion is described. The analysis method employs a special stress-strain model with a non-linear post cracking branch for the material behaviour in tension. Predictions of this model for the behaviour of steel-fiber concrete in direct tension are also presented and compared with results from tests conducted for this reason. Further in this work, the validation of the proposed torsional analysis by providing comparisons between experimental curves and analytical predictions, is attempted. For this purpose a series of 10 steel-fiber concrete beams with various cross-sections and steel-fiber volume fractions tested in pure torsion, are reported here. Furthermore, experimental information compiled from works around the world are also used in an attempt to establish the validity of the described approach based on test results of a broad range of studies. From these comparisons it is demonstrated that the proposed analysis describes well the behaviour of steel-fiber concrete in pure torsion even in the case of elements with non-rectangular cross-sections.
In this work, the structural response of thin-walled composite beams with pretwist angle is investigated by using a mixed beam approach that combines the stiffness and flexibility methods in a unified manner. The Reissner's semi-complimentary energy functional is used to derive the stiffness matrix that approximates the beam in an Euler-Bernoulli level for extension and bending and Vlasov level for torsion. The bending and torsion-related warpings induced by the pretwist effects are derived in a closed form. The developed theory is validated with available literature and detailed finite element structural analysis results using the MSC/NASTRAN. Pretwisted composite beams with rectangular solid and thin-walled box sections are illustrated to validate the current approach. Acceptable correlation has been achieved for cases considered in this study. The effects of pretwist and fiber orientation angles on the static behavior of pretwisted composite beams are also studied.
The stress transmission mechanism in pretensioned concrete beams, though very interesting from an economical point of view, is very complex, integrating various phenomenons such as sliding, bond, bursting. For long the complexity of this mechanism has led engineers to provide a massive rectangular anchorage zone at each end of the beam. The necessity of using such a concrete reinforcement is certainly unquestionable in post-tensioned beams. However in pretensioned elements the stresses induced in concrete in the anchorage zone are smaller than in post-tensioned elements. In this article the stress field in the end zone is calculated numerically and from this analysis the possible reduction of the cross-section of the anchorage block is examined.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.04a
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pp.191-198
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1997
The subject of this thesis is the vibration response of framed structure for buildings of "damed beam" type. In steel rigid frame with damped beams, web plate in mid span of beams is perforated to form a rectangular opening, only upper and lower flanges being remained. When the frame is subjected to horizontal seismic forces, dominant shearing deformation takes place in the opening part of the beams. Energy absorber in stalled in the opening is driven by relative displacement caused by the shearing deformation and provide the frame with damping force. First, static deformation of portal frames having a beam with the web opening is discussed and formulas of elastic deformation is derived.s derived.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.11a
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pp.161-164
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2000
In this paper, a finite element structural analysis for thin-walled open-section composite beams with elastic couplings has been performed. The analysis includes the effects of transverse shear across beam sections, torsion warping and constrained warping. Reissner's semi-complementary energy functional is used to obtain the beam st illness coefficients The bending and torsion related warpings and the shear correct ion factors are obtained as part of the analysis. The resulting theory describes the beam kinematics in terms of the axial, flap and lag bending, flap and lag shear, torsion and torsion-warping deformations. The static response has been validated against finite element predict ions, closed form solutions, and experimental data for rectangular sol id and I-beams with elastic couplings. The free vibration results are also compared with available literature.
The application of radial basis function neural networks (RBFN) to predict the ultimate torsional strength of reinforced concrete (RC) beams is explored in this study. A database on torsional failure of RC beams with rectangular section subjected to pure torsion was retrieved from past experiments in the literature; several RBFN models are sequentially built, trained and tested. Then the ultimate torsional strength of each beam is determined from the developed RBFN models. In addition, the predictions of the RBFN models are also compared with those obtained using the ACI 318 Code equations. The study shows that the RBFN models give reasonable predictions of the ultimate torsional strength of RC beams. Moreover, the results also show that the RBFN models provide better accuracy than the existing ACI 318 equations for torsion, both in terms of root-mean-square error and coefficients of determination.
In this study, analysis and design programs of bending of RC beams strengthened with fiber sheets are developed by using Visual Basic Language. The program consists two groups, ultimate strength method and nonlinear flexural analysis method. Ultimate strength method regards concrete compressive stress as a rectangular stress block and do not consider tensile stress of concrete and load-deflection curves. On the other hand, nonlinear flexural analysis considers tensile stress of concrete, load-deflection curves, state of stress distribution and failure strain of strengthening material. Also, the analysis method used in this study regards nonlinear flexural stress as compressive stress of concrete. This program can be a good tool for determining the bending strength of strengthened RC beams and estimating the amount of fiber sheets for practical use.
This paper presents the behavior and strengthening effect of reinforced concrete rectangular beams strengthened using CFRP sheets with different strengthening level. In general, normally strengthened beams are failed by interfacial shear failure (delamination) within concrete, instead of by tensile failure of the CFRP sheets. The delamination occurred suddenly and the concrete cover cracked vertically by flexure was spalled off due to the release energy. The strengthened beams were stiffer than the control beam before and after reinforcement yielding. The ultimate load considerably increased with an increase of strengthening level, while the ultimate deflection significantly decreased. The tensile force of CFRP sheets and average shear stress of concrete at delamination failure were curvilinearly proportional to the strengthening level. Therefore, the increment of ultimate load obtained by strengthening was curvilinearly proportional to the strengthening level. The averaged horizontal shear stress of concrete at the interface ranges between (equation omitted) and (equation omitted) (in kg/$\textrm{cm}^2$) depending on strengthening level.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.694-701
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2018
Larger crack widths can be observed more in FRP-reinforced concrete members than in steel-reinforced concrete members as a result of the lower elastic modulus and bond strength of FRP reinforcement. The ACI 440.1R-15 design guide provides equations derived as the maximum bar spacing to control the crack widths indirectly. On the other hand, it is not concerned with long-term effects on the crack control design provisions. This study provides suggestions for how to incorporate time-dependent effects into the crack width equation. The work presented herein includes the results from 8 beams composed of four rectangular and T-shaped FRP-reinforced concrete beams tested for one year under four-point bending. Over a one year period, the crack widths increased as much as 2.6~3.0 times in GFRP and AFRP-reinforced specimens and 1.1~1.4 times in the CFRP-reinforced specimens compared to steel-reinforced specimens. In addition, the average multiple for crack width at one year relative to the instantaneous crack width upon the application of the sustained load was 2.4 in the specimens with a rectangular section and 3.1 in the specimens with a T-shaped section. As a result, it is recommended conservatively that the time-dependent coefficient be taken as 2.5 for the rectangular beams and 3.5 for T-beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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