With the aim to put forward the analytical model for calculating the shear capacity of precast steel reinforced concrete (PSRC) beams, a static test on two full-scale PSRC specimens was conducted under four-point loading, and the failure modes and strain developments of the specimens were critically investigated. Based on the test results, a modified truss-arch model was proposed to analyze the shear mechanisms of PSRC and cast-in-place SRC beams. In the proposed model, the overall shear capacity of PSRC and cast-in-place SRC beams can be obtained by combining the shear capacity of encased steel shape with web concrete determined by modified Nakamura and Narita model and the shear capacity of reinforced concrete part determined by compatible truss-arch model which can consider both the contributions of concrete and stirrups to shear capacity in the truss action as well as the contribution of arch action through compatibility of deformation. Finally, the proposed model is compared with other models from JGJ 138 and AISC 360 using the available SRC beam test data consisting of 75 shear-critical PSRC and SRC beams. The results indicate that the proposed model can improve the accuracy of shear capacity predictions for shear-critical PSRC and cast-in-place SRC beams, and relatively conservative results can be obtained by the models from JGJ 138 and AISC 360.
Structural design, in general, is developed through trial and error technique which is guided by standards criteria and based on the intuition and experience of the engineer, a context that leads to structural over-dimensioning, with uneconomic solutions. Aiming to find the optimal design, structural optimization methods have been developed to find a balance between cost, structural safety, and material performance. These methods have become a great opportunity in the steel structural engineering domain since they have as their main purpose is weight minimization, a factor directly correlated to the real cost of the structure. Assuming an objective function of minimum weight with stress and displacement constraints provided by Brazilian standards, the present research proposes the sizing optimization and combined approach of sizing and shape optimization, through a software developed to implement the Simulated Annealing metaheuristic algorithm. Therefore, two steel plane frame layouts, each admitting four typical truss geometries, were proposed in order to expose the difference between the optimal solutions. The assessment of the optimal solutions indicates a notable weight reduction, especially in sizing and shape optimization combination, in which the quantity of design variables is increased along with the search space, improving the efficiency of the optimal solutions achieved.
The paper presents the cost optimization of composite floor trusses composed from a reinforced concrete slab of constant depth and steel trusses consisting of hot rolled channel sections. The optimization was performed by the nonlinear programming approach, NLP. Accordingly, a NLP optimization model for composite floor trusses was developed. An accurate objective function of the manufacturing material, power and labour costs was proposed to be defined for the optimization. Alongside the costs, the objective function also considers the fabrication times, and the electrical power and material consumption. Composite trusses were optimized according to Eurocode 4 for the conditions of both the ultimate and the serviceability limit states. A numerical example of the optimization of the composite truss system presented at the end of the paper demonstrates the applicability of the proposed approach.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.5
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pp.129-138
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2006
Composite deck plate using a pre-assembled re-bar truss for slab with corrugated zinc galvanized sheet iron at manufactory, is given the improvement on design, manufacture, and performance for construction work of cast-in-place reinforced concrete slab by enabling to cast concrete directly without the form work. There are two methods in analyzing composite deck : Simplified 2D analysis and 3D analysis. Although simplified 2D analysis is being used up to date, the use of 3D analysis, allowing for the vierendeel behavior of composite deck by real configuration correlating to bar reducing, is demanded. To compare the simplified 2D analysis applied to allowable stress design with 3D analysis applied to limit state design, 8 specimen are manufactured. Main variables include the depth of slab, the length of span, the diameter of bottom bar and lattice bar, and the presence of corrugated zinc galvanized sheet iron. The comparison from the experimental result and analytical result indicates that applying of simplified 2D analysis is possible for the use of D10 with bottom bar. However, it is more reasonable to apply 3D analysis which allows to indicate vierendeel behavior considered the real configuration.
On September $11^{th}$ 2001, the twin towers of the World Trade Center in New York City were struck by two hijacked airplanes. Despite severe local damage induced by the impact, the towers were able to sustain 102 and 56 minutes of the subsequent multi-storey fires before collapsing. The purpose of this study is to contribute to the understanding of the in-fire performance of composite trusses by examining the behaviour of the longer-span type used in the towers. It makes no attempt to be a forensic study of the actual events. Using the finite element package Vulcan, the structural mechanics of typical long-span composite floor trusses are explained, under a variety of scenarios, as the fire temperatures rise. Different boundary conditions, degrees of protection and loading are all covered, the results being presented mainly in the form of graphs of deflection and internal force of members against time.
Shear lag effect can be an important phenomenon to consider in design of the steel-concrete composite beams. Researchers have found that the effect can be strongly related with the moment distribution, the stiffness and the ductility of the composite beams. For continuous composite beams expected to sustain hogging moment, the shear lag effect can be more distinct as cracking of the concrete slab reduces its shear stiffness. Despite its influences on behaviour of the steel-concrete composite beams, a method for calculating the shear lag effect in steel-concrete composite beams sustaining hogging moment is still not available. Shear lag effect in steel-concrete composite beams sustaining hogging moment is investigated in this paper. A method was proposed specifically for predicting the effect in the cracked part of the steel-concrete composite beam. The method is validated against available experimental data. At last, FE studies are conducted for steel-concrete composite beams with different design parameters, loading conditions and boundary conditions to further investigate the shear lag effect and compare with the proposed method.
The upper chords in half-through truss bridges are prone to buckling due to a lack of the upper transverse connections. Taking into account geometric and material nonlinearity, nonlinear finite-element analysis of a simple supported truss bridge was carried out to exhibit effects of different types of initial imperfections. A half-wave of initial imperfection was proved to be effective in the nonlinear buckling analysis. And a parameter analysis of initial imperfections was also conducted to reveal that the upper chords have the greatest impact on the buckling, followed by the bottom chords, vertical and diagonal web members. Yet initial imperfections of transverse beams have almost no effect on the buckling. Moreover, using influence surface method, the combinatorial effects of initial imperfections were compared to demonstrate that initial imperfections of the upper chords play a leading role. Furthermore, the equivalent effective length coefficients of the upper chord were derived to be 0.2~0.28 by different methods, which implies vertical and diagonal web members still provide effective constraints for the upper chord despite a lack of the upper transverse connections between the two upper chords. Therefore, the geometrical and material nonlinear finite-element method is effective in the buckling analysis due to its higher precision. Based on nonlinear analysis and installation deviations of members, initial imperfection of l/500 is recommended in the nonlinear analysis of half-through truss bridges without initial imperfection investigation.
In the present paper, a numerical simulation method based on mesoscopic composite structure of concrete, the truss network model, is developed to evaluate the diffusivity of concrete in order to account for the microstructure of concrete, the binding effect of chloride ions and the chloride concentration dependence. In the model, concrete is described as a three-phase composite, consisting of mortar, coarse aggregates and the interfacial transition zones (ITZs) between them. The advantage of the current model is that it can easily represent the movement of mass (e.g. water or chloride ions) through ITZs or the potential cracks within concrete. An analytical method to estimate the chloride diffusivity of mortar and ITZ, which are both treated as homogenious materials in the model, is introduced in terms of water-to-cement ratio (w/c) and sand volume fraction. Using the newly developed approaches, the effect of cracking of concrete on chloride diffusion is reflected by means of the similar process as that in the test. The results of calculation give close match with experimental observations. Furthermore, with consideration of the binding capacity of chloride ions to cement paste and the concentration dependence for diffusivity, the one-dimensional nonlinear diffusion equation is established, as well as its finite difference form in terms of the truss network model. A series of numerical analysises performed on the model find that the chloride diffusion is substantially influenced by the binding capacity and concentration dependence, which is same as that revealed in some experimental investigations. This indicates the necessity to take into account the binding capacity and chloride concentration dependence in the durability analysis and service life prediction of concrete structures.
A unique lightweight string truss deployable bridge assembled by thin-walled fiber reinforced polymer (FRP) and metal profiles was designed for emergency applications. As a new structure, investigations into the static structural performance under the serviceability limit state are desired for examining the structural integrity of the developed bridge when subjected to unsymmetrical loadings characterized by combined torsion and bending. In this study, a full-scale experimental inspection was conducted on a fabricated bridge, and the combined flexural-torsional behavior was examined in terms of displacement and strains. The experimental structure showed favorable strength and rigidity performances to function as deployable bridge under unsymmetrical loading conditions and should be designed in accordance with the stiffness criterion, the same as that under symmetrical loads. In addition, a finite element model (FEM) with a simple modeling process, which considered the multi segments of the FRP members and realistic nodal stiffness of the complex unique hybrid nodal joints, was constructed and compared against experiments, demonstrating good agreement. A FEM-based numerical analysis was thereafter performed to explore the effect of the change in elastic modulus of different FRP elements on the static deformation of the bridge. The results confirmed that the change in elastic modulus of different types of FRP element members caused remarkable differences on the bending and torsional stiffness of the hybrid bridge. The global stiffness of such a unique bridge can be significantly enhanced by redesigning the critical lower string pull bars using designable FRP profiles with high elastic modulus.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.2
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pp.8-14
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2013
Deep beam shall be designed either by taking into account nonlinear distribution of strain or by Appendix A of Strut-and-Tie Models (STM) according to ACI 318(M) from version of 2002. Although STM is accepted as tool in design Discontinuity region (D-region) which mostly exist in Deep beam, Corbels, Dapped ends etc., it has been modified by many researchers. In this study we design deep beam by STMs which use simple truss for load distribution and the model of complex truss for load distribution compare with the ACI traditional which is designed by flexure design method and shear provided by concrete($V_c$) as provided in special provisions section of 11.8 in ACI 318-99 [1]. This study aims to find the different and efficiency of deep beam design based on variation of parameter compiled from many samples selected from ACI traditional and two model of STMs, simple and complex load distribution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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