This paper examines the flexural behavior of full-scale prestressed concrete girders that were constructed of steel fiber reinforced ultra high performance concrete (UHPC). This study is designed to provide more information about the bending characteristics of UHPC girders in order to establish a reasonable prediction model for flexural resistance and deflection for future structural design codes. Short steel fibers have been introduced into prestressed concrete T-girders in order to study their effects under flexural loads. Round straight high strength steel fibers were used at volume fraction of 2%. The girders were cast using 150~190 MPa steel fiber reinforced UHPC and were designed to assess the ability of steel fiber reinforced UHPC to carry flexural loads in prestressed girders. The experimental results show that steel fiber reinforced UHPC enhances the cracking behavior and ductility of beams. Moreover, when ultimate failure did occur, the failure of girders composed of steel fiber reinforced UHPC was observed to be precipitated by the pullout of steel fibers that were bridging tension cracks in the concrete. Flexural failure of girders occurred when the UHPC at a particular cross section began to lose tensile capacity due to steel fiber pullout. In addition, it was determined that the level of prestressing force influenced the ultimate load capacity.
In the previous experimental study, it is verified that the ultimate strain of concrete (${\varepsilon}$$_{cu}$=0.003) and coefficient of equivalent stress block (${\beta}$$_1$) can be used for the analysis of RC beams under biaxial and uniaxial bending moment. However, the characteristics of stress distribution of non rectangular compressed area in the RC columns are different to those of rectangular compressed area. The properties of compressive stress distribution of concrete have minor effect on the pure bending moment such as beams, but for the columns subjected to combined axial load and biaxial bending moment, the properties of compressive stress distribution are influencing factors. Nevertheless, in ACI 318-99 code, the design tables for columns subjected to axial loads with bidirectional eccentricities are based on the parameters recommended for rectangular stress block(RSB) of rectangular compressed areas. In this study the characteristics of stress distribution through both angle and depth of neutral axis are observed and formulated rationally. And the modified parameters of rectangular stress block(MRSB) for non rectangular compressed area is proposed. And the computer program using MRSB for the biaxial bending analysis of RC columns is developed and the results of MRSB are compared to RSB and experimental results respectively.
An understanding of soil-structure interaction is the key to rational and economical design for laterally loaded drilled shafts. It is very difficult to formulate the ultimate lateral capacity into a general equation because of the inherent soil nonlincarity, nonhomogeneity, and complexity enhanced by the three dimensional and asymmetric nature of the problem though extensive research works on the behavior of deep foundations subjected to lateral loads have been conducted for several decades. This study reviews the four most well known methods (i.e., Reese, Broms, Hansen, and Davidson) among many design methods according to the specific site conditions, the drilled shaft geometric characteristics (D/B ratios), and the loading conditions. And the hyperbolic lateral capacities (H$_h$) interpreted by the hyperbolic transformation of the load-displacement curves obtained from model tests carried out as a part of this research have been compared with the ultimate lateral capacities (Hu) predicted by the four methods. The H$_u$ / H$_h$ ratios from Reese's and Hansen's methods are 0.966 and 1.015, respectively, which shows both the two methods yield results very close to the test results. Whereas the H$_u$ predicted by Davidson's method is larger than H$_h$ by about $30\%$, the C.0.V. of the predicted lateral capacities by Davidson is the smallest among the four. Broms' method, the simplest among the few methods, gives H$_u$ / H$_h$ : 0.896, which estimates the ultimate lateral capacity smaller than the others because some other resisting sources against lateral loading are neglected in this method. But it results in one of the most reliable methods with the smallest S.D. in predicting the ultimate lateral capacity. Conclusively, none of the four can be superior to the others in a sense of the accuracy of predicting the ultimate lateral capacity. Also, regardless of how sophisticated or complicated the calculating procedures are, the reliability in the lateral capacity predictions seems to be a different issue.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.4
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pp.336-342
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2014
Shear strengths of reinforced high strength concrete beams without web reinforcement are studied with experimental analysis of 10 specimen with 2.4 shear span-to-depth ratio (a/d) beams for 4 stages of concrete compressive stength over 60MPa comparing ultimate loads and shear stresses of ACI363R and KCI code equations. Expecially, concrete compressive strengths used in shear design were essentially limited to 10,000 psi (69MPa) by ACI363R and KCI Code. The modified Code equation's shear stresses of the specimen without the limit are compared with test results. The comparison between the modified exist Code equations results and test results are expected to show an available scope to apply in construction field and to give considerations of design and contraction.
This paper presents a probabilistic investigation of American and European specifications (i.e., AISC and Eurocode 4) for square concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns. The study is based on experimental results of 100 axially loaded square CFT stub columns from the literature. By comparing experimental results for ultimate loads with code-predicted column resistances, the uncertainty of resistance models is analyzed and it is found that the modeling uncertainty parameter can be described using random variables of lognormal distribution. Reliability analyses were then performed with/without considering the modeling uncertainty parameter and the safety level of the specifications is evaluated in terms of sufficient and uniform reliability criteria. Results show that: (1) The AISC design code provided slightly conservative results of square CFT stub columns with reliability indices larger than 3.25 and the uniformness of reliability indices is no better because of the quality of the resistance model; (2) The uniformness of reliability indices for the Eurocode 4 was better than that of AISC, but the reliability indices of columns designed following the Eurocode 4 were found to be quite below the target reliability level of Eurocode 4.
In this paper, a finite element model (FEM) in ATENA-3D software was constructed to investigate the behavior of circular ultra high performance concrete (UHPC) filled steel tube stub columns (UHPC-FSTCs) under concentric loading on concrete core. The "CC3DNonLinCementitious2User" material type for concrete in ATENA-3D software with some modifications of material laws, was adopted to model for UHPC core with consideration the confinement effect. The experimental results obtained from Schneider (2006) were then employed to verify the accuracy of FEM. Extensive parametric analysis was also conducted to examine the influence of concrete compressive strength, steel tube thickness and steel yield strength on the compressive behavior of short circular UHPC-FSTCs. It can be observed that the columns with thicker steel tube show better strength and ductility, the sudden drop of load after initial peak load can be prevented. Based on the regression analysis of the results from parametric study, simplified formulae for predicting ultimate loads and strains were proposed and verified by comparing with previous analytical models, design codes and experimental results.
Journal of Korea Society of Digital Industry and Information Management
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v.11
no.1
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pp.1-8
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2015
Recently, a high strength concrete(HSC) in excess of 80 MPa is popular to use in the domestic construction field. But there is no design standard of high strength concrete. It is reason why a study about structural behaviors of thin walls is required. In this paper, the accurate Finite Element Method as a virtual test is suggested considering material properties, which are concrete and steel, and the experimental fractural model suggested by Kupfer. It is conducted the comparison evaluation of the ultimate failure loads, lateral-displacements and crack propagation patterns between the results of experimental approach, which were carried on Saheb's test for normal strength concrete and Lee's test for high strength concrete. Therefore it is suggested to use the accurate virtual simulation test method and Ubiquitous Sensor Network(USN) by Finite Element Method for Internet of Things(IoT).
Park, Yong-Myung;Hwang, Won-Sup;Yoon, Tae-Yang;Hwang, Min-Oh
Steel and Composite Structures
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v.5
no.5
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pp.375-394
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2005
An experimental study was conducted to develop a new base plate anchorage system for concrete filled tubular column under an axial load and a moment. The column was connected to a concrete foundation using ordinary deformed reinforcing bars that are installed at the inside and outside of the column. In order to investigate the moment resisting capacity of the system, horizontal cyclic loads are applied until the ultimate condition is reached with the axial load held constant. To derive a design method for moment resisting capacity, the reinforced concrete section approach was investigated with the assumption of strain compatibility. The results by this approach agreeded well with those of experiments when the bearing pressure of confined concrete and tangent modulus of steel bars are assumed appropriately. Also, it was found that the column interaction curve can be used to predict the yield strength of the base plate system.
Dimitraki, Lamprini S.;Christaras, Basile G.;Arampelos, Nikolas D.
Geomechanics and Engineering
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v.25
no.2
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pp.111-121
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2021
Large deformation and rapid pressure propagation take place inside the rock mass under the dynamic loads caused by the explosives, on quarry faces in order to extract aggregate material. The complexity of the science of rock blasting is due to a number of factors that affect the phenomenon. However, blasting engineering computations could be facilitated by innovative software algorithms in order to determine the results of the violent explosion, since field experiments are particularly difficult to be conducted. The present research focuses on the design of a Finite Element Analysis (FEA) code, for investigating in detail the behavior of limestone under the blasting effect of Ammonium Nitrate & Fuel Oil (ANFO). Specifically, the manuscript presents the FEA models and the relevant transient analysis results, simulating the blasting process for three types of limestone, ranging from poor to very good quality. The Finite Element code was developed by applying the Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state to describe the thermodynamic state of ANFO and the pressure dependent Drucker-Prager failure criterion to define the limestone plasticity behavior, under blasting induced, high rate stress. A progressive damage model was also used in order to define the stiffness degradation and destruction of the material. This paper performs a comparative analysis and quantifies the phenomena regarding pressure, stress distribution and energy balance, for three types of limestone. The ultimate goal of this research is to provide an answer for a number of scientific questions, considering various phenomena taking place during the explosion event, using advanced computational tools.
This paper firstly proposed high performance composite columns for cold-region infrastructures using ultra-high performance concrete (UHPC) and ultra-high strength steel (UHSS) Q960E. Then, 24 square UHPC-filled UHSS tubes (UHSTCs) at low temperatures of -80, -60, -30, and 30℃ were performed under axial loads. The key influencing parameters on axial compression performance of UHSS were studied, i.e., temperature level and UHSS-tube wall thickness (t). In addition, mechanical properties of Q960E at low temperatures were also studied. Test results revealed low temperatures improved the yield/ultimate strength of Q960E. Axial compression tests on UHSTCs revealed that the dropping environmental temperature increased the compression strength and stiffness, but compromised the ductility of UHSTCs; increasing t significantly increased the strength, stiffness, and ductility of UHSTCs. This study developed numerical and theoretical models to reproduce axial compression performances of UHSTCs at low temperatures. Validations against 24 tests proved that both two methods provided reasonable simulations on axial compression performance of UHSTCs. Finally, simplified theoretical models (STMs) and modified prediction equations in AISC 360, ACI 318, and Eurocode 4 were developed to estimate the axial load capacity of UHSTCs at low temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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