Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.43-52
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2003
The present study is to investigate the ultimate behavior and limit state design of 2-I) R/C structures, with the changing of crack direction, and the yielding of the reinforcing steel bars, and Is to introduce an algorithm for the limit state design and analysis of 2-D R/C structures, directly from the finite element model. For the design of reinforcement in concrete the limit state design equation is incorporated into finite element algorithm to be based on the pointwise elemental ultimate behavior. It is also introduced a simplified nonlinear analysis algorithm for stress-strain relationship of R/C plane stress problem considering the cracking and its rotation in concrete and the yielding of the reinforcing steel bar. The algorithm is incorporated into the nonlinear finite element analysis. The analysis model is compared with the experimental model of R/C shear wall. In a simple design example for a shear wall, the required reinforcement ratios in each finite element is obtained from the limit state design equations.
Shaker, Fattouh M.F.;Ghanem, Gouda M.;Deifalla, Ahmed F.;Hussein, Ibrahim S.;Fawzy, Mona M.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.3
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pp.295-307
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2022
The objective of this research is to study experimentally the behavior of stiffened steel tubes (CFSTs). Considered parameters are stiffening methods by through-bolts or shear connectors with different configurations. In addition, the effect of global (ratio between length to diameter) and local (proportion between diameter to thickness) slenderness ratios are investigated. Load application either applied on steel only or both steel and concrete is studied as well. Case of loading on steel only happens when concrete inside the column shrinks. The purpose of the research is to improve the behavior of CFSTs by load transfer between them and different stiffening methods. A parametric experimental study that incorporates thirty-three specimens is carried out to highlight the impact of those parameters. Different outputs are recorded for every specimen such as load capacities, vertical deflections, longitudinal strains, and hoop strains. Two modes of failure occur, yielding and global buckling. Shear connectors and through-bolts improve the ultimate load by up to 5% for sections loaded at steel with different studied global slenderness and local slenderness equal 63.5. Meanwhile, shear connectors or through bolts increase the ultimate load by up to 6% for global slenderness up to 15.75 for sections loaded on composite with local slenderness equals 63.50. Recommendations for future design code development are outlined.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.735-742
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2006
In this study, the ultimate shear strength behavior of transversely stiffened curved web panels was investigated through nonlinear finite element analysis. It was found that if the transverse stiffener has a sufficient rigidity, then curved web panels used in practical designs are able to develop the postbuckling strength that is equivalent to that of straight girder web panels having the same dimensional and material properties. The nonlinear analysis results indicate that in order for curved web panels to develop the potential postbuckling strength. The rigidity of the transverse stiffener needs to be increased several times the value obtained from the Guide Specifications (AASHTO, 2003). However, in the case of thick web panels where the shear design is governed by shear yielding, the stiffener rigidity does not have to be increased. From the analysis results, a simple design formula is suggested for the rigidity of transverse stiffener under strength limit state.
In this paper, an analytical model is proposed to predict the shear strenth of RC beams strengthened by FRP. This predictional model is composed of two basic models-the upper bound theorem for shear failure (shear tension or shear compression criteria) and a truss model based on the lower bound theorem for diagonal tension creteria. Also, a simple flexural theory based on USD is used to explain flexural failure. The major cause of destruction of RC beams shear strengthened by FRP does not lie in FRP fracture but in the loss of load capacity incurred by rip-off failure of shear strengthening material. Since interfacial shear stree between base concrete and the FRP is a major variable in rip-off failure mode, it is carefully analyzed to derive the shear strengthening effect of FRP. The ultimate shear strength and failure mode of RC beams, using different strengthening methods, estimated in this predictional model is then compared with the result derived from destruction experiment of RC beams shear strengthened using FRP. To verify the accuracy and consistency of the analysis, the estimated results using the predictional model are compared with various other experimental results and data from previous publications. The result of this comparative analysis showed that the estimates from the predictional model are in consistency with the experimental results. Therefore, the proposed shear strength predictional model is found to predict with relative accuracy the shear strength and failure mode of RC beams shear strengthened by FRP regardless of strengthening method variable.
This study suggested shear strength prediction model for retrofitted single-layered RC squat wall by providing column element as additional boundary element. This model revised existing shear strength prediction model of shear wall to consider detail and shear deformation capacity of column by assuming the length that concentrated shear deformation of the column is occurred. It was able to suggest additional compatibility condition related to shear strain of retrofitted of retrofitted shear wall at the ultimate state by using this length. Therefore, this study proposed a flow chart for predicting shear strength of the retrofitted shear wall considering this additional condition. Moreover, this study also proposed a method for predicting initial stiffness of the retrofitted shear wall by transforming the wall's resisting mechanism against to lateral load to a single diagonal strut mechanism. The proposed methods can predict shear strength and initial stiffness of not only the retrofitted shear wall of this study, also infilled RC shear wall in RC frame.
Park Joo-Shin;Ko Jae-Yong;Lee Jun-Kyo;Lee Kyung-Hwan
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.583-591
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2005
The ship plating is generally subjected to combined in-plane load and lateral pressure loads. In-plane loads include axial load and edge shear, which are mainly induced by overall hull girder bending and torsion of the vessel. Lateral pressure is due to water pressure and cargo. These load components are not always applied simultaneously, but more than one can normally exist and interact. Hence, for more rational and safe design of ship structures, it is of crucial importance to bitter understand the interaction relationship of the buckling and ultimate strength for ship plating under combined loads. Actual ship plates are subjected to relatively small water pressure except for the impact load due to slamming and panting etc. The present paper describes an accurate and fast procedure for analyzing the elastic-plastic large deflection behavior up to the ultimate limit state of ship plates under combined loads. In this paper, the ultimate strength characteristics of plates under axial compressive loads and lateral pressure loads are investigated through ANSYS elastic-plastic large deflection finite element analysis with varying lateral pressure load level.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.31
no.2
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pp.125-134
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1989
This study was conducted to investigate the flexural behaviour of sandwich constructions with cement concrete core and polymer concrete facings. Six different cross-sectional shapes using epoxy based polymer concrete facings were investigated. Some of the results from the static tests are given including the load-deflection responses, load-strain relationships, ultimate moment, and mode of failure. From the. results the following conclusions can be made. 1. The various strengths of polymer concrete were very high compared to the strengths for portland cement concrete, while modulus of elasticity assumed an aspect of contrast. 2. The thickness of core and facing exerted a great influence on the deflection and ultimate strenght of polymer concrete sandwich constructions. 3. The variation shape of deflection and strain depend on loading were a very close approximation to the straight line. The ultimate strain of polymer concrete at the end of tensile side were ranged from 625x10-6 to 766x10-6 and these values increased in proportion to the decrease of thickness of core and facings. 4. The ultimate moments of polymer sandwich constructions were 3 to 4 times that of cement concrete constructions which was transformed same section. It should he noted that polymer concrete have an effect on the reinforcement of weak constructions. 5. Further tests are neede to investigate the shear strain of constructions, and thermal expansion, shrinkage and creep of cement and polymer concrete which were composite materials of sandwich constructions.
In the current study, punching behavior of Reinforced concrete (RC) isolated footings was experimentally and numerically investigated. The experimental program consisted of four half-scale RC isolated footing specimens. The test matrix was proposed to show effect of footing area, reinforcement mesh ratio, adding internal longitudinal reinforcement bars and stirrups on the punching response of RC isolated footings. Footings area varied from 1200×1200 mm2 to 1500×1500 mm2 while the mesh reinforcement ratio was in the range from 0.36 to 0.45%. On the other hand, a 3D non-linear finite element model was constructed using ABAQUS/standard program and verified against the experimental program. The numerical results agreed well with the experimental records. The validated numerical model was used to study effect of concrete compressive strength; longitudinal reinforcement bars ratio and stirrups concentration along one or two directions on the ultimate load, deflection, stiffness and failure patterns of RC isolated footings. Results concluded that adding longitudinal reinforcement bars did not significantly affect the punching response of RC isolated footings even high steel ratios were used. On the contrary, as the stirrups ratio increased, the ultimate load of RC isolated footings increased. Footing with stirrups ratio of 1.5% had ultimate load equal to 1331 kN, 19.6% higher than the bare footing. Moreover, adding stirrups along two directions with lower ratio (0.5 and 0.7%) significantly enhanced the ultimate load of RC isolated footings compared to their counterparts with higher stirrups ratio (1.0 and 1.5%).
Kim, Nak-Kyung;Jung, Jung-Hee;Ju, Yong-Sun;Kim, Sung-Kyu
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.1406-1416
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2008
Soil nailing is used as a method of slope stabilization and excavation support. The design method of soil nail are based on experience or assumption of interaction between soil and reinforcement. Most design methods simply considers the tension of reinforcement for analysis of slope stabilization. Soil nails interact with soils under combined loading of shear and tension. Jewell & Pedley(1990) suggested a design equation of shear force with bending stiffness and discussed that the magnitude of the maximum shear force is small in comparison with the maximum axal force. However, they have used a very conservative limiting bearing stress on nails. This paper discusses that the shear strength of soil nails should not be disregarded with proper bearing stresses on nails. The modified FHWA design method was proposed by considering shear forces on nails with bending stiffness.
In slender sections there is a substantial post-buckling strength provided after the formation of local buckling waves. These waves happened due to normal stresses or shear stresses or both. In this study, a numerical investigation of the behavior of slender I-section beams in combined pure bending and shear has been described. The studied cases were assumed to be prevented from lateral torsional buckling. To achieve this aim, a finite element model that simulates the geometric and material nonlinear nature of the problem has been developed. Moreover, the initial geometric imperfections were included in the model. Different flange and web width-thickness ratios as well as web panel aspect ratios have been considered to draw complete set of interaction diagrams. Results reflect the interaction behavior between flange and web in resisting the combined action of moments and shear. In addition, the web panel aspect ratio will not significantly affect the combined ultimate shear-bending strength as well as the post local buckling strength gained by the section. Results are compared with that predicted by both the Eurocode 3 and the American Iron and Steel specifications, AISI-2001. Finally, an empirical interaction equation has been proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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