A simple unbonded-type shear strengthening technique for reinforced concrete beams using wire rope units is developed. Six two-span continuous T-beams externally strengthened with wire rope units and an unstrengthened control beam were tested. The main variables investigated were the amount and prestressing force of wire rope units. All specimens had the same geometrical dimension and arrangement of internal reinforcement. Influence of the distribution of vertical stresses in beam web owing to the prestressing force of wire rope units on the diagonal shear cracking load and the ultimate shear capacity of beams tested is presented. Based on the current study, it can be concluded that the amount and initial prestress of wire rope should be limited to be above 2.5 times the minimum shear reinforcement ratio specified in ACI 318-05 and below 0.6 times its own tensile strength, respectively, to ensure the enhancement of shear capacity and ductile failure mode of the strengthened beams. A numerical analysis based on the upper-bound theorem is developed to assess the shear capacity of continuous T-beams strengthened with wire rope units. From the comparisons of measured and predicted shear capacities, a better agreement is achieved in the proposed numerical analysis than in empirical equations recommended by ACI 318-05.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.247-255
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2022
In this paper, a bending test was conducted on beams with two lap splice details when the effective depth of tensile high strength headed bars overlapped is the same and different. Through bending test, the lap splice performance of the high-strength headed bars was evaluated, and the applicability of the KDS-2021 design formula was evaluated. In the LS specimens with lap splice details where the high strength bars had the same effective depth, all specimens with 1.3 times or more of the development length of the KDS-2021 equation and 1 times or more of the ACI318-19 had the flexural failure mode after the ductile behavior to ensure sufficient lap splice performance. For specimens with details of lap joints between headed bars with different effective depth, when lap splice length is calculated by the KDS-2021 formula, the flexural stress may be transmitted so that the flexural strength at the cross section with the large effective depth and the cross section with the small effective depth becomes similar.
Kim, Jae Hyun;Jang, Beom Soo;Choi, Seung-Ho;Lee, Yoon Jung;Jeong, Ho Seong;Kim, Kang Su
Earthquakes and Structures
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v.21
no.6
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pp.653-667
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2021
In this study, cyclic loading tests were conducted on the precast concrete (PC) wide beam (WB)-column joints. Two beam-column joint specimens were fabricated with the arrangement and anchorage details of the reinforcing bars penetrating the beam and column as variables. Through a cyclic loading test, the lateral load-story drift ratio responses, seismic performance characteristics (e.g., ductility, overstrength factor), energy dissipation, strength and stiffness degradations of each specimen were compared and analyzed based on the various indices and the current structural codes (ACI 318-19 and ACI 374.1-05 report). In addition, the shear lag effect was confirmed through the gauge values of the PC beam, and the differences in seismic performance between the specimens were identified on that basis.
Many codes allow designers to use the bending moment diagram computed by elastic analysis and modify it by a certain amount of moment redistribution (MR) to account for plastic behaviour of continuous beams. However, several researchers indicated that the MR at the ultimate limit state (𝛽u) for some beams deviate significantly from the specified values of various codes. This paper examines the applicability of the provisions on 𝛽u in ACI 318-19 and Eurocode 2 through numerical investigations and comprehensively explores the influencing factors. The results show that some parameters not considered in those codes influence 𝛽u to a certain extent, where the ratio of tensile reinforcement ratio at intermediate support to tensile reinforcement ratio at midspan (𝜌s1/𝜌s2) and load type are crucial parameters to consider. The specific combination of these two parameters may make the codes overestimate or significantly underestimate the 𝛽u. On the other hand, the yield state of both critical sections is found to have an important influence on the influence degree of each parameter on 𝛽u. The yield conditions are investigated, and an empirical judgment equation is proposed. In addition, the influence laws of the critical parameters on 𝛽u have been further proved by theoretical derivation. Finally, due to 𝜀t is found to have a better linear correlation with 𝛽u than xu/d, equations as a function of 𝜀t for predicting the 𝛽u of continuous beams under the two loads are proposed, respectively.
A flat slab is a structural system where columns directly support it without the presence of beam elements. However, despite its wide advantages, this structural system undergoes a major deficiency where stresses are concentrated around the column perimeter, resulting in the progressive collapse of the entire structure as a result of losing the shear transfer mechanisms at the cracked interface. Predicting the punching shear capacity of RC flat slabs is a challenging problem where the factors contributing to the overall slab strength vary broadly in their significance and effect extent. This study proposed a new expression for predicting the slab's capacity in punching shear using a nonuniform concrete tensile stress distribution assumption to capture, as well as possible, the induced strain effect within a thick RC flat slab. Therefore, the overall punching shear capacity is composed of three parts: concrete, aggregate interlock, and dowel action contributions. The factor of the shear span-to-depth ratio (a_v/d) was introduced in the concrete contribution in addition to the aggregate interlock part using the maximum aggregate size. Other significant factors were considered, including the concrete type, concrete grade, size factor, and the flexural reinforcement dowel action. The efficiency of the proposed model was examined using 86 points of published experimental data from 19 studies and compared with five code standards (ACI318, EC2, MC2010, CSA A23.3, and JSCE). The obtained results revealed the efficiency and accuracy of the model prediction, where a covariance value of 4.95% was found, compared to (13.67, 14.05, 15.83, 19.67, and 20.45) % for the (ACI318, CSA A23.3, MC2010, EC2, and JSCE), respectively.
Lately outmoded and functionally obsolete buildings constructed in 1960s and 1970s are often remodelled and restored. Even though there are not serious structural defects in the existing buildings, many old buildings have been reconstructed to improve residence quality or to extend residence area of the buildings. The experimental or theoretical research on plane expansion of RC apartments is quite scare. In this research, 12 specimens and 19 RC slabs connected by hinged joints were tested. The new slab was connected to the existing slab by hinge joints injecting dowel bars between two slabs. Main parameters of the slabs are types of the dowel bars (D13 and D19), spacing of the dowel bars (150mm, 300mm, and 450mm), and the locations of the steel bars in the existing slabs. The test results indicated that the shear strength of the RC test slabs having various types of dowel bars was about twice that calculated by the ACI 318-02 code. All slabs failed in concrete spatting and the dowel steel bars did not reach their yield strengths.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.5
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pp.10-19
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2022
Irregularity in structural shape is a ubiquitous phenomenon. Structural hazards evoked from irregularity need to be checked against extreme lateral loadings. Structures containing four distinct types of irregularities in terms of continuity and discontinuity in upper half-length and all story levels along with O-shape are investigated. The structures were analyzed numerically and different seismic responses such as displacements, bending moment, axial forces, torsions, story drift, etc. were scrutinized. The seismic and wind load analysis was conducted for ACI 318-11 conditions. Results show that buildings having discontinuous beams on the upper half exhibit better resilience. It is also concluded that O-shaped building structures provide better resistance to overturning, making this shape relatively safe.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.6
no.1
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pp.19-29
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2012
In this study, three isolated interior flat slab-column connections that include three types of shear reinforcement details; stirrup, shear stud and shear band were tested under reversed cyclic lateral loading to observe the capacity of slab-column connections. These reinforced joints are 2/3 scale miniatures designed to have identical punching capacities. These experiments showed that the flexural failure mode appears in most specimens while the maximum unbalanced moment and energy absorbing capacity increases effectively, with the exception of an unreinforced standard specimen. Finally, the results of the experiments, as wel l as those of experiments previously carried out by researchers, are applied to the eccentricity shear stress model presented in ACI 318-08. The failure mode is therefore defined in this study by considering the upper limits for punching shear and unbalanced moment. In addition, an intensity factor is proposed for effective widths of slabs that carry an unbalanced moment delivered by bending.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.4
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pp.65-72
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2021
The Precast concrete(PC) modular structures are a method of assembling pre-fabricated unit modules in the construction site. The essential aim of modular structures is to introduce a connection method that can ensure splicing performance and effectively resist shear strength. This study proposed PC module using a connecting plate that can replace splice sleeves and shear keys used in the conventional PC modular structures. To evaluate the splicing performance and shear capacity of the proposed method, the shear test was conducted by fabricating one monolithic reinforced concrete(RC) beam and two PC modular beams with a shear span-to-depth ratio as variables. The experimental results showed that the shear capacity of the PC modular beam was about 89% compared to that of the RC beam, and showed a failure of the RC beam according to the shear span-to-depth ratio. Therefore, it was considered that the connecting plate effectively transferred the stress between each PC module through the joint and ensure integrity. In addition, the applicability of shear strength equation of ACI 318-19 and Zsutty's equation to PC modular beams were evaluated. Results demonstrated that the improved shear strength equations are needed to consider reduction of shear strength in PC modules.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.2
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pp.85-92
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2024
This study presents code-compliant seismic details by addressing dry mechanical splices for precast concrete (PC) beam-column connections in the ACI 318-19 code. To this end, critical observations of previous test results on precast beam-column connection specimens with the proposed seismic detail are briefly reported in this study, along with a typical reinforced concrete (RC) monolithic connection. On this basis, nonlinear dynamic models were developed to verify seismic responses of the PC emulative moment-resisting frame systems. As the current design code allows only the emulative design approach, this study aims at identifying the seismic performances of PC moment frame systems depending on their emulative levels, for which two extreme cases were intentionally chosen as the non-emulative (unbonded self-centering with marginal energy dissipation) and fully-emulative connection details. Their corresponding hysteresis models were set by using commercial finite element analysis software. According to the current seismic design provisions, a typical five-story building was designed as a target PC building. Subsequently, nonlinear dynamic time history analyses were performed with seven ground motions to investigate the impact of emulation level or hysteresis models (i.e., energy dissipation performance) on system responses between the emulative and non-emulative PC moment frames. The analytical results showed that both the base shear and story drift ratio were substantially reduced in the emulative system compared to that of the non-emulative one, and it indicates the importance of the code-compliant (i.e., emulative) connection details on the seismic performance of the precast building.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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