In this study, fifteen reinforced high-strength lightweight concrete(HLC)beams were tested to investigate shear behavior of specimens according to shear reinforcement ratio. Test variables are shear span to effective depth ratio(a/d=2.5, 3.5, 4.5) and shear reinforcement ratio(0~1.0${\rho}_{v,ACI}$). Concrete compressive strength and tensile steel reinforcement ratio are constantly 439kg/$cm^2$ and 0.0203, respectively. Test results for the HLC beams showed that ACI code equation underestimates the shear strength of concrete($V_c$), and overestimates the shear strength of shear reinforcements($V_s$). It is revealed that the effectivenesses of shear reinforcements of reinforced HLC beams are lower than those of normal weight concrete beams. Then, the shear strengths of shear reinforcements are increased in proportion not to first degree of shear reinforcement ration but to square root of them.
The present paper proposes a semi-empirical analytical expression that is capable of determining the shear strength of reinforced concrete beams with longitudinal bars, in the presence of reinforcing fibers and transverse stirrups. The expression is based on an evaluation of the strength contribution of beam and arch actions and it makes it possible to take their interaction with the fibers into account. For the strength contribution of stirrups, the effective stress reached at beam failure was considered by introducing an effectiveness function. This function shows the share of beam action strength contribution on the global strength of the beam calculated including the effect of fibers. The expression is calibrated on the basis of experimental data available in literature referring to fibrous reinforced concrete beams with steel fibers and recently obtained by the authors. It can also include the following variables in the strength previsions: - geometrical ratio of longitudinal bars in tension; - shear span to depth ratio; - strength of materials and fiber characteristics; - size effects. Finally, some of the more recent analytical expressions that are capable of predicting the shear strength of fibrous concrete beams, also in the presence of stirrups, are mentioned and a comparison is made with experimental data and with the results obtained by the authors.
Machine learning technique is recently opening new opportunities to identify the complex shear transfer mechanisms of reinforced concrete (RC) beam members. This study employed 1224 shear test specimens to train decision tree-based machine learning (ML) programs, by which strong correlations between shear capacity of RC beams and key input parameters were affirmed. In addition, shear contributions of concrete and shear reinforcement (the so-called Vc and Vs) were identified by establishing three independent ML models trained under different strategies with various combinations of datasets. Detailed parametric studies were then conducted by utilizing the well-trained ML models. It appeared that the presence of shear reinforcement can make the predicted shear contribution from concrete in RC beams larger than the pure shear contribution of concrete due to the intervention effect between shear reinforcement and concrete. On the other hand, the size effect also brought a significant impact on the shear contribution of concrete (Vc), whereas, the addition of shear reinforcements can effectively mitigate the size effect. It was also found that concrete tends to be the primary source of shear resistance when shear span-depth ratio a/d<1.0 while shear reinforcements become the primary source of shear resistance when a/d>2.0.
Kim, Chul-Goo;Park, Hong-Gun;Hong, Geon-Ho;Kang, Su-Min
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.2
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pp.175-185
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2013
Currently in precast concrete construction, precast concrete and cast-in-place concrete with different concrete strengths are used. However, current design codes do not provide shear design methods for PC-CIP hybrid members using dual concrete strengths. In the present study, the shear strengths of beams using dual concrete compressive strengths (24 MPa, 60 MPa) were tested. The test variables were the area ratio of the two concretes, longitudinal bar ratio, and shear span-to-depth ratio. The shear strengths of test specimens were evaluated by current design methods, using an effective concrete strength (considering the area ratio of the two concrete strengths). The test result showed that when 60 MPa concrete was used in the compressive zone and the longitudinal bar ratio was low, the shear strengths of the test specimens were less than the predictions. On the basis of the results, design recommendations were provided for the shear design of the PC-CIP hybrid beams.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.297-302
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2002
This paper investigated the properties of flexural behavior of composite beams (end-Reinforced concrete, center-Steel concrete) according to attaching length of main bars to flange, shear reinforcing length for different types of structure. In the preceding study, structural properties of composite beams were investigated according to shear span to depth ratio, attaching method of main bars and shear reinforcing method. Based on these results, a series of experiments was carried out according to attaching length of main bar & reinforcing length for different types of structure. Consequently, as attaching length of main bar and shear reinforcing length increased, composite beams represented higher strength, ductility index and stress mechanism distributed in connection zone of different types of structure.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.53-56
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2005
This paper investigates the effect of ductile deformation behavior of high performance hybrid fiber-reinforced cement composites (HPHFRCCs) on the shear behavior of coupling beams to lateral load reversals. The matrix ductility and the reinforcement layout were the main variables of the tests. Three short coupling beams with two different reinforcement arrangements and matrixes were tested. They were subjected to cyclic loading by a suitable experimental setup. All specimens were characterized by a shear span-depth ratio of 1.0. The reinforcement layouts consisted of a classical scheme and diagonal scheme without confining ties. The effects of matrix ductility on deflections, strains, crack widths, crack patterns, failure modes, and ultimate shear load of coupling beams have been examined. The combination of a ductile cementitious matrix and steel reinforcement is found to result in improved energy dissipation capacity, simplification of reinforcement details, and damage-tolerant inelastic deformation behavior. Test results showed that the HPFRCC coupling beams behaved better than normal reinforced concrete control beams. These results were produced by HPHFRCC's tensile deformation capacity, damage tolerance and tensile strength.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.139-142
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2005
This paper presents a deformable strut-and-tie model of determining the shear strengths and ultimate deformations of the shear-dominant reinforced concrete members. The proposed model originates from the strut-and-tie model concept and satisfies equilibrium, compatibility, constitutive laws, and the geometric conditions of shear deformation. This study attempts to apply deformation patterns to strut-and-tie models. The yielding of flexural reinforcements determines yielding states and the ultimate states of reinforced concrete coupling beam are defined as the ultimate compressive strain of struts and the degradation of compressive strength due to principal tensile strain of struts. The validity and accuracy of the proposed model is then tested against available experimental data. The parameters reviewed include the ratios of truss action and arch action, the reinforcement ratios, and the shear span-depth ratio. It is expected that this model can be applied to displacement-based design methods.
In steel frame-tube structures (SFTSs) the application of flexural beam is not suitable for the beam with span-to-depth ratio lower than five because the plastic hinges at beam-ends can not be developed properly. This can lead to lower ductility and energy dissipation capacity of the SFTS. To address this problem, a replaceable shear link, acting as a ductile fuse at the mid length of deep beams, is proposed. SFTS with replaceable shear links (SFTS-RSLs) dissipate seismic energy through shear deformation of the link. In order to evaluate this proposal, buildings were designed to compare the seismic performance of SFTS-RSLs and SFTSs. Several sub-structures were selected from the design buildings and finite element models (FEMs) were established to study their hysteretic behavior. Static pushover and dynamic analyses were undertaken in comparing seismic performance of the FEMs for each building. The results indicated that the SFTS-RSL and SFTS had similar initial lateral stiffness. Compared with SFTS, SFTS-RSL had lower yield strength and maximum strength, but higher ductility and energy dissipation capacity. During earthquakes, SFTS-RSL had lower interstory drift, maximum base shear force and story shear force compared with the SFTS. Placing a shear link at the beam mid-span did not increase shear lag effects for the structure. The SFTS-RSL concentrates plasticity on the shear link. Other structural components remain elastic during seismic loading. It is expected that the SFTS-RSL will be a reliable dual resistant system. It offers the benefit of being able to repair the structure by replacing damaged shear links after earthquakes.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.4
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pp.139-146
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2002
A analysis of crack behavior in RC member was performed by nonlinear finite element method. Two crack models were used in F.E.M.(finite element method): one was FCM (the fixed crack model) and the other was RCM (the rotated crack model). Based on parametric study, the ratio of shear steel, strength of concrete, and a/d(shear span/effective depth) were compared with test results of references. According to the test results, when the member behavior was affected by the shear or diagonal tension, RCM was reasonable. However, when the behavior was affected by the flexibility, FCM was more appropriate. In addition, each crack model behavior for the change of shear steel ratio, the increase of strain energy was constant in FCM, but it was different in RCM because of diagonal crack distribution and crack width. Since the strength of concrete is affected not only by shear but also by flexural strength, each crack model behavior yields similar results.
Reinforced concrete (RC) deep beams are critical structural elements used in offshore pile caps, rectangular cross-section water tanks, silo structures, transfer beams in high-rise buildings, and bent caps. As a result of the low shear span ratio to effective depth (a/d) in deep beams, arch action occurs, which leads to shear failure. Several studies have been carried out to improve the shear resistance of RC deep beams and avoid brittle fracture behavior in recent years. This study was performed to investigate the behavior of RC deep beams numerically and experimentally with different reinforcement arrangements. Deep beams with four different reinforcement arrangements were produced and tested under monotonic static loading in the study's scope. The horizontal and vertical shear reinforcement members were changed in the test specimens to obtain the effects of different reinforcement arrangements. However, the rebars used for tension and the vertical shear reinforcement ratio were constant. In addition, the behavior of each deep beam was obtained numerically with commercial finite element analysis (FEA) software ABAQUS, and the findings were compared with the experimental results. The results showed that the reinforcements placed diagonally significantly increased the load-carrying and energy absorption capacities of RC deep beams. Moreover, an apparent plastic plateau was seen in the load-displacement curves of these test specimens in question (DE-2 and DE-3). This finding also indicated that diagonally located reinforcements improve displacement ductility. Also, the numerical results showed that the FEM method could be used to accurately predict RC deep beams'behavior with different reinforcement arrangements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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