Results of seventy-seven specimens tested by this study and previous research were collected and evaluated to propose the flexural strength and shear strength for flexural members with steel fiber concrete. For strength evaluation, structural parameters such as compressive strength, steel fiber content, tensile reinforcement ratio, and shear span to effective depth ratio are involved. The proposed equations for flexural and shear strength are regarded to give a good prediction for the strength of steel fiber reinforced composite and/or RC beams to compare with equations by previous researchers. Especially, the proposed shear strength equation in this study shows the lowest the mean value, the coefficient of variation and the error ratio among predictions by several equations. Therefore, equations for shear strength and flexure strength, which are proposed in this study are to be useful measure to predict the actual behavior and failure mode of steel fiber reinforced composite beams.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.379-388
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2000
This paper describes the application of discretized continuum-type optimality criteria (DCOC) for design of the reinforced concrete T-beams. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, reinforced steel and formwork is minimized. The design constraints include limits on the maximum deflection in a given span on bending and shear strengths and optimality criteria is given based on the well blown Kuhn-Tucker necessary conditions, followed by an iterative procedure for designs when the design variables are the depth and the steel ratio. The versatility of the DCOC technique has been demonstrated by considering numerical examples which have one and five span RC T-beams.
Recent research has indicated that the current ACI shear provision provides unconservative predictions for large slender beams and beams with low level of longitudinal reinforcement, and conservative results for deep beams. To modify some problems of ACI shear provision, ultimate shear strength equation considering size effect and arch action to compute shear strength in high-strength concrete beams without stirrups is presented in this research. Three basic equations, namely size reduction factor, rho factor, and arch action factor, are derived from crack band model of fracture mechanics, analysis of previous some shear equations for longitudinal reinforcement ratio, and concrete strut described as linear prism in strut-tie model deep beams. Constants of basic equations are determined using statistical analysis of previous shear testing data. To verify proposed shear equation for each variable, effective depth, longitudinal reinforcement ratio, concrete compressive strength and shear span-to-depth ratio, about 300 experimental data are used and proposed shear equation is compared with ACI 318-99 code, CEB-FIP Model code, Kim &Park's equation and Zsutty's equation. The proposed shear equation is not only simpler than other shear equations, it is but also shown to be economical predictions and reasonable safety margin. Hence proposed shear strength equation is expected to be applied to practical shear design.
High-performance concrete (HPC) usually has higher paste and lower coarse aggregate volumes than normal concrete. The lower aggregate content of HPC can affect the shear capacity of concrete members due to the formation of smooth fractured surfaces and the subsequent development of weak interface shear transfer. Therefore, an experimental investigation was conducted to study the shear strength and cracking behavior of full-scale reinforced beams made with low-cement-content high-performance concrete (LcHPC) as well as conventional HPC. A total of fourteen flexural reinforced concrete (RC) beams without shear reinforcements were tested under a two-point load until shear failure occurred. The primary design variables included the cement content, the shear span to effective depth ratio (a/d), and the tensile steel ratio (${\rho}_w$). The results indicate that LcHPC beams show comparable behaviors in crack and ultimate shear strength as compared with conventional HPC beams. Overall, the shear strength of LcHPC beams was found to be larger than that of corresponding HPC beams, particularly for an a/d value of 1.5. In addition, the crack and ultimate shear strength increased as a/d decreased or ${\rho}_w$ increased for both LcHPC beams and HPC beams. This investigation established that LcHPC is recommendable for structural concrete applications.
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.
This paper presents the results of an experimental study on the structural performance of an innovative GFRP-concrete composite beam construction, which is reinforced with longitudinal GFRP pultruded box-profile and transverse steel stirrups. GFRP perfobond (PBL) shear connectors are employed to enhance the bonding performance between the GFRP profile and the concrete portion. To investigate the shear and flexural performance of this composite system, eight specimens were designed and tested under three-point and four-point bending. The main variables were the height of the composite beam and the shear span-to-depth ratio. The test results indicated that bonding cracks did not occur at the interface between the GFRP profile and the concrete until the final stage of the test. This shows that the specimens performed well as composite beams during the test and that the GFRP PBL connectors were reliable. Based on the test results, two calculation methods were used to determine the flexural and shear capacity of the composite beams. A comparative study of the test and theoretical results suggests that the proposed methods can reasonably predict both the flexural and shear capacities of the specimens, whereas the provisions of ACI 440 are relatively conservative on both counts.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.7
no.4
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pp.303-317
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2013
This study evaluates the shear strength of steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams from a database, which consists of extensive experimental results of 222 SFRC beams having no stirrups. In order to predict the analytical shear strength of the SFRC beams more precisely, the selected beams were sorted into six different groups based on their ultimate concrete strength (low strength with $f_c^{\prime}$ <50 MPa and high strength with $f_c^{\prime}$ <50 MPa), span-depth ratio (shallow beam with $a/d{\geq}2.5 $and deep beam with a/d<2.5) and steel fiber shape (plain, crimped and hooked). Principal component and multiple regression analyses were performed to determine the most feasible model in predicting the shear strength of SFRC beams. A variety of statistical analyses were conducted, and compared with those of the existing equations in estimating the shear strength of SFRC beams. The results showed that the recommended empirical equations were best suited to assess the shear strength of SFRC beams more accurately as compared to those obtained by the previously developed models.
Xu, Chao;Wu, Kai;Cao, Ping zhou;Lin, Shi qi;Xu, Teng fei
Computers and Concrete
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v.24
no.6
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pp.513-525
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2019
In this work, an experimental research has been performed on Steel Fiber-Steel Reinforced Concrete (SFSRC)specimens subjected to four-point bending tests to evaluate the feasibility of mutual replacement of steel fibers and conventional reinforcement through studying failure modes, load-deflection curves, stiffness of characteristic points, stiffness degradation curves and damage analysis. The variables considered in this experiment included steel fiber volume percentage with and without conventional reinforcements (stirrups or steel fibers) with shear span depth ratios of S/D=2.5 and 3.5. Experimental results revealed that increasing the volume percentage of steel fiber decreased the creation and propagation of shear and bond cracks, just like shortening the stirrups spacing. Higher crack resistance and suturing ability of steel fiber can improve the stability of its bearing capacity. Both steel fibers and stirrups improved the stiffness and damage resistance of specimens where stirrups played an essential role and therefore, the influence of steel fibers was greatly weakened. Increasing S/D ratio also weakened the effect of steel fibers. An equation was derived to calculate the bending stiffness of SFSRC specimens, which was used to determine mid span deflection; the accuracy of the proposed equation was proved by comparing predicted and experimental results.
Kim, Chul-Goo;Park, Hong-Gun;Hong, Geon-Ho;Kang, Su-Min
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.2
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pp.189-199
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2014
Currently, in the precast concrete construction, Precast Concrete (PC) and Cast-In-Place (CIP) concrete with different concrete strengths are frequently used. However, current design codes do not specifically provide shear design methods for PC-CIP hybrid members using dual concrete strengths. In the present study, simply supported composite beams with shear reinforcement were tested. The test variables were the area ratio of the two concretes, spacing of shear reinforcement, and shear span-to-depth ratio. The shear strengths of the test specimens were evaluated by current design codes on the basis of the test results. The results showed that the shear strength of the composite beams was affected by the concrete strength of the compressive zone and also proportional to the flexural rigidity of un-cracked sections. Furthermore, the contribution of shear reinforcements varied according to the concrete strength of the compressive zone.
This paper presents a modelling technique for the nonlinear analysis of composite steel-concrete beams with partial shear interaction. It extends the applicability of two stiffness elements previously derived by the authors using the direct stiffness method, i.e. the 6DOF and the 8DOF elements, to account for material nonlinearities. The freedoms are the vertical displacement, the rotation and the slip at both ends for the 6DOF stiffness element, as well as the axial displacement at the level of the reference axis for the 8DOF stiffness element. The solution iterative scheme is based on the secant method, with the convergence criteria relying on the ratios of the Euclidean norms of both forces and displacements. The advantage of the approach is that the displacement and force fields of the stiffness elements are extremely rich as they correspond to those required by the analytical solution of the elastic partial interaction problem, thereby producing a robust numerical technique. Experimental results available in the literature are used to validate the finite element proposed in the paper. For this purpose, those reported by Chapman and Balakrishnan (1964), Fabbrocino et al. (1998, 1999) and Ansourian (1981) are utilised; these consist of six simply supported beams with a point load applied at mid-span inducing positive bending moment in the beams, three simply supported beams with a point load applied at mid-span inducing negative bending moment in the beams, and six two-span continuous composite beams respectively. Based on these comparisons, a preferred degree of discretisation suitable for the proposed modelling technique expressed as a function of the ratio between the element length and depth is proposed, as is the number of Gauss stations needed. This allows for accurate prediction of the nonlinear response of composite beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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