As the key part in the reinforced concrete column-steel beam (RCS) frame, the beam-column joints are usually subjected the axial force, shear force and bending moment under seismic actions. With the aim to study the seismic behavior of RCS joints with and without RC slab, the quasi-static cyclic tests results, including hysteretic curves, slab crack development, failure mode, strain distributions, etc. were discussed in detail. It is shown that the composite action between steel beam and RC slab can significantly enhance the initial stiffness and loading capacity, but lead to a changing of the failure mode from beam flexural failure to the joint shear failure. Based on the analysis of shear failure mechanism, the calculation formula accounting for the influence of RC slab was proposed to estimate shear strength of RCS joint. In addition, the finite element model (FEM) was developed by ABAQUS and a series of parametric analysis model with RC slab was conducted to investigate the influence of the face plates thickness, slab reinforcement diameter, beam web strength and inner concrete strength on the shear strength of joints. Finally, the proposed formula in this paper is verified by the experiment and FEM parametric analysis results.
Vinitsa Chanthavong;M. N. Prabhakar;Dong-Woo Lee;Jung-Il Song
Composites Research
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v.36
no.4
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pp.264-269
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2023
Spent coffee grounds (SCG) are a ubiquitous byproduct of coffee consumption, representing a significant waste management challenge, as well as an untapped resource for economic development and sustainability. Improper disposal of SCG can result in environmental problems such as methane emissions and leachate production. This study aims to investigate the physicochemical properties of SCG and their potential as a reinforcement material in polypropylene (PP) to fabricate an eco-friendly composite via extrusion and injection molding, with SCG filler ratios ranging from 5-20%. To evaluate the effect of SCG on the morphological and mechanical properties of the bio- composite, thermogravimetric analysis, SEM, tensile, flexural, and impact tests were conducted. The results demonstrated that the addition of SCG lead to a slight increase in brittleness of the composite but did not significantly affect its mechanical properties. Impressively, the presence of a significant organic component in SCG contributed to the enhanced thermal performance of PP/SCG composites. This improvement was evident in terms of increased thermal stability, delayed onset of degradation, and higher maximum degradation temperature as compared to pure PP. These findings suggest that SCG has potential as a filler material for PP composites, with the ability to enhance the material's properties without compromising overall performance.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.269-279
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2008
In this study, the ultimate strengths of 229 simply supported reinforced concrete deep beams tested to shear failure were evaluated by the ACI 318-05's strut-tie model approach implemented with the presented indeterminate strut-tie model and its load distribution ratio. The ultimate strengths of the deep beams were also estimated by the experimental shear equations, design codes that were based on experimental and theoretical shear strength models, and current strut-tie model design codes. The validity of the present strut-tie model and its load distribution ratio was examined through the comparison of the strength analysis results classified according to the prime design variables of the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete.
Santana, Paulo F.M.;Silva, Patricia C.S.;Ferreira, Mauricio P.;Bezerra, Luciano M.;Oliveira, Marcos H.
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.4
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pp.531-546
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2022
Headed bars are often used when there is insufficient space for a straight or curved bar to be fully developed to ensure the transference of forces between steel and concrete in several types of connections between structural members. In such cases, the concrete breakout strength of the headed bars can be a critical point of the design and must be considered appropriately. This paper evaluates the tensile strength of headed bars embedded in reinforced concrete members, failing due to concrete breakout. Four experimental tests on headed bars embedded in slender concrete members are presented and discussed, showing that strength previsions from the design codes can be significantly conservative as they ignore the contribution from the flexural reinforcement. 3D finite element models were developed using Abaqus Unified FEA to simulate the tested specimens, and it was observed that they were able to reproduce the formation of the concrete cone accurately, besides the response and resistance observed in tests. Furthermore, the experimental, numerical, and design code resistances are compared and discussed. A new equation to evaluate the concrete cone strength of the tested headed bars is proposed, which takes into account parameters not explicitly considered in the current design equations.
An, Hyoseo;Lee, Gayoon;Lee, Seong Min;Shin, Dong Won;Lee, Kihak
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.6
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pp.321-330
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2023
In this study, the structural performance of the specimen fabricated through 3D printing was evaluated through monotonic loading experiments analysis to apply to 3D printed structures. The compression and flexural experiments were carried out, and the experimental results were compared to the finite element model results. The loading directions of specimens were investigated to consider the capacity of specimens with different curing periods, such as 7 and 28 days. As a result, the strength tended to increase slightly depending on the stacking direction. Also, between the 3D-printed panel composite and the non-reinforced panel, the bending performance depended on the presence or absence of composite reinforcement.
Rami A. Hawileh;Maha A. Assad;Jamal A. Abdalla; M. Z. Naser
Computers and Concrete
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v.33
no.2
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pp.163-173
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2024
Fiber-reinforced polymers (FRP) have a proven strength enhancement capability when installed into Reinforced Concrete (RC) beams. The brittle failure of traditional FRP strengthening systems has attracted researchers to develop novel materials with improved strength and ductility properties. One such material is that known as polyethylene terephthalate (PET). This study presents a numerical investigation of the flexural behavior of reinforced concrete beams externally strengthened with PET-FRP systems. This material is distinguished by its large rupture strain, leading to an improvement in the ductility of the strengthened structural members compared to conventional FRPs. A three-dimensional (3-D) finite element (FE) model is developed in this study to predict the load-deflection response of a series of experimentally tested beams published in the literature. The numerical model incorporates constitutive material laws and bond-slip behavior between concrete and the strengthening system. Moreover, the validated model was applied in a parametric study to inspect the effect of concrete compressive strength, PET-FRP sheet length, and reinforcing steel bar diameter on the overall performance of concrete beams externally strengthened with PET-FRP.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.1
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pp.41-46
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2024
The current study investigates the seismic performance of shear-dominant RC columns retrofitted with iron-based shape memory alloy (Fe SMA). Three RC columns with insufficient transverse reinforcement were designed and fabricated for lateral cyclic loading tests. Before testing, two specimens were externally confined with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets and self-prestressed Fe SMA strips. The test results showed that both CFRP and Fe SMA performed well in preventing severe shear failure exhibited by the unretrofitted control specimen. Furthermore, the two retrofitted specimens showed ductile flexural responses up to the drift ratios of ±8%. In terms of damage control, however, the Fe SMA confinement was superior to CFRP confinement in that the spalling of concrete was much less and that the rupture of confinement did not occur.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.3
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pp.110-118
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2008
The use of FRP bar as reinforced concrete beams is considered as one of the most prominent solution that may overcome the corrosion of reinforcing steel bars. However, in the case of FRP reinforced concrete, both the reinforcing and the reinforced materials are brittle. For this reason, ductility of structures with FRP reinforcement is much less than that of structures with steel reinforcements. In this study, a method has been suggested to provide a meaningful quantification of ductility for concrete beams reinforced with FRP bars. This paper shows which the confinement to the compression concrete by the spiral can increase the ductility of FRP over-reinforced concrete beams.
The repeated loading responses of four shear-critical reinforced concrete beams with two different shear span-to-depth ratios, were studied. One series of beams was reinforced using pairs of bundled stirrups with $90^{\circ}$ standard hooks, haying free end extensions of $6d_b$. The companion beams contained shear reinforcement made with larger diameter headed bars anchored with 50mm diameter circular heads. A single headed bar had the same area as a pair of bundled stirrups and hence the two series were comparable. The test results indicate that beams containing headed bar stirrups have a superior performance to companion beams containing bundled standard stirrups with improved ductility, larger energy absorption and enhanced post-peak load carrying capability. Due to splitting of the concrete cover and local crushing, the hooks of the standard stirrups opened resulting in loss of anchorage. In contrast, the headed bar stirrups did not lose their anchorage and hence were able to develop strain hardening and also served to delay buckling of the flexural compression steel. Excellent load-deflection predictions were obtained by reducing the tension stiffening to account for repeated load effects.
Recently, Fiber Reinforced Polymers(FRP) has been emerged as an alternative material to solve the corrosion of steel reinforcement in reinforced concrete structures. FRP exhibits higher specific strength and lower weight compared to steel reinforcement. Moreover, good resistance to corrosion of the FRP may be useful in aggressive environments causing deterioration such as chloride environment. However, causes for higher initial cost of FRP than that of steel, little information on the long-term behavior of FRP, and brittle failure make the efforts to apply FRP in civil structures slow. Glass fiber among the fibers used to manufacture FRP can be seen as the most beneficial material with regard to initial costs. But its low elastic modulus, which attains barely a quarter of steel, nay thus lead to excessive deflections when used as reinforcement for flexural members. This research was carried out on the tensile properties of hybrid rods made with glass and carbon fibers to improve those of FRP rod made with glass fiber. Parameters were resin type and the arrangement of glass and carbon fibers. The tensile properties of hybrid rods were compared with those of rods manufactured with only glass or carbon fibers. The results indicated that the tensile properties of hybrid rod were good when the carbon fiber was arranged in the core.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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