Many researches have been conducted to describe the elastic and inelastic behavior of H-shaped beams with web openings, and were generally concentrated on the uniaxial loading conditions. With previous research results, the formulae for the design of beams with web openings, considering local buckling, have been proposed by Darwin. Although the formulae are so simple and useful to apply to real situations, it needs more research on cyclic loading conditions. In this experimental study, a total of seven H-shaped beams with circular web openings under cyclic loading conditions were investigated. The dimension criteria were based on the formulae proposed by Darwin. The suitability of the existing design formulae, the effects of plastic hinges on beams with web openings, and the local bucking around the web openings to the beam strength under cyclic loading were also investigated through by the observations of the behavior of these beams with various dimensional openings.
Irshidat, Mohammad R.;Haddad, Rami H.;Almahmoud, Hanadi
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.6
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pp.1253-1269
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2015
The present paper investigates the post heating behavior of concrete beams reinforced with fiber reinforced polymer (FRP) bars, namely carbon fiber reinforced polymer (CFRP) bars and glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars. Thirty rectangular concrete beams were prepared and cured for 28 days. Then, beams were either subjected (in duplicates) to elevated temperatures in the range (100 to $500^{\circ}C$) or left at room temperature before tested under four point loading for flexural response. Experimental results showed that beams, reinforced with CFRP and GFRP bars and subjected to temperatures below $300^{\circ}C$, showed better mechanical performance than that of corresponding ones with conventional reinforcing steel bars. The results also revealed that ultimate load capacity and stiffness pertaining to beams with FRP reinforcement decreased, yet their ultimate deflection and toughness increased with higher temperatures. All beams reinforced with FRP materials, except those post-heated to $500^{\circ}C$, failed by concrete crushing followed by tension failure of FRP bars.
External prestressing has been applied to both new construction and retrofitting of existing reinforced and prestressed concrete structures. Continuous beams are preferred to simply supported beams because of economy, fewer movement joints and possible benefits from moment redistribution. However, this paper argues that continuous prestressed concrete beams with external unbonded tendons demonstrate different full-range behaviour compared to reinforced concrete (RC) beams. Applying the same design approach for RC to external prestressing may lead to design with a lower safety margin. To better understand the behaviour of continuous prestressed concrete beams with unbonded tendons, an experimental investigation is performed in which nine such specimens are tested to failure. The full-range behaviour is investigated with reference to moment-curvature relationship and moment redistribution. The amounts of moment redistribution measured in the experiments are compared with those allowed by BS 8110, EC2 and ACI 318. Design equations are also proposed to estimate the curvature ductility index of unbonded prestressed concrete beams.
To calculate the shear capacity of concrete beams reinforced with fibre-reinforced polymer (FRP), current shear design provisions use slightly modified versions of existing semi-empirical shear design equations that were primarily derived from experimental data generated on concrete beams having steel reinforcement. However, FRP materials have different mechanical properties and mode of failure than steel, and extending existing shear design equations for steel reinforced beams to cover concrete beams reinforced with FRP is questionable. This paper investigates the feasibility of using artificial neural networks (ANNs) to estimate the nominal shear capacity, Vn of concrete beams reinforced with FRP bars. Experimental data on 150 FRP-reinforced beams were retrieved from published literature. The resulting database was used to evaluate the validity of several existing shear design methods for FRP reinforced beams, namely the ACI 440-03, CSA S806-02, JSCE-97, and ISIS Canada-01. The database was also used to develop an ANN model to predict the shear capacity of FRP reinforced concrete beams. Results show that current guidelines are either inadequate or very conservative in estimating the shear strength of FRP reinforced concrete beams. Based on ANN predictions, modified equations are proposed for the shear design of FRP reinforced concrete beams and proved to be more accurate than existing equations.
This paper dealt with the local buckling of H-beams investigated mainly using the parameters of load ratios. load conditions, and support boundary condition considering predicted uniformly elevated temperatures. The physical properties of the material at elevated temperatures followed EC3 Park 1.2. The local buckling of the plates in steel beams show that they are governed by the yield stress or the critical stress of the steel plates according to the ratios of b/tf, d/tw. The evaluation of uniformly heated steel beams on the local buckling considered the stress and moment ratios to the LRFD.
This study aims to carry out the experimental and numerical investigation on the flexural behavior of sandwich honeycomb composite (SHC) beams reinforced with novel triaxially woven fabric composite skins. Different stacking sequences of the carbon fiber reinforcement polymer (CFRP) laminate; i.e., 0°-direction of TW (TW0), 0°-direction of UD (UD0), and 90°-direction of UD (UD90) were studied, from which the flexural behavior of SHC beam behaviors reinforced with TW0/UD0 or TW0/UD90 novel laminated skins were compared with those reinforced with UD0/90 conventional laminated skins under four-point loading. Generally, TW0/UD0 SHC beams displayed the same flexural stiffness as UD0/90 SHC beams in terms of load-deflection relationships. In contrast, TW0/UD90 SHC beams showed a 70% lower efficiency than those of UD0/90 SHC. Hence, the TW0/UD0 laminate arrangement is more effective with a mass reduction of 39% compared with UD0/90 for SHC beams, although their stiffness and shear strength are practically identical.
In the design of reinforced concrete (RC) beams, apart from providing adequate strength, it is also necessary to provide a minimum deformability even for beams not located in seismic regions. In most RC design codes, this is achieved by restricting the maximum tension steel ratio or neutral axis depth. However, this empirical deemed-to-satisfy method, which was developed based on beams made of normal-strength concrete (NSC) and normal-strength steel (NSS), would not provide a consistent deformability to beams made of high-strength concrete (HSC) and/or high-strength steel (HSS). More critically, HSC beams would have much lower deformability than that provided previously to NSC beams. To ensure that a consistent deformability is provided to all RC beams, it is proposed herein to set an absolute minimum rotation capacity to all RC beams in the design. Based on this requirement, the respective maximum limits of tension steel ratio and neutral axis depth for different concrete and steel yield strengths are derived based on a formula developed by the authors. Finally for incorporation into design codes, simplified guidelines for designing RC beams having the proposed minimum deformability are developed.
It is on increasing trend to employ H-rolled beams as main flexural members of bridges and of temporary structures owing to their handiness for construction, maintenance, and management. But in the case of applying H-rolled beams to bridges, maximum length of bridge span is around 20m. Therefore, to develop simplified steel-concrete composite bridge having long span using H-rolled beam needs new cross girder system at internal supports, optimization of bridge system without cross beams between supports and steel-concrete composite bridge deck. This study performs mechanical analysis of cross girder system for H-rolled beam steel-concrete composite bridge with long span and verifies its usefulness.
Ibraheema, Omer Farouk;Abu Bakar, B.H.;Joharib, I.
Structural Engineering and Mechanics
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v.54
no.1
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pp.1-17
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2015
An experimental investigation is conducted to examine the behavior and cracking of steel fiberre-inforced concrete spandrel L-shaped beams subjected to combined torsion, bending, and shear. The experimental program includes 12 medium-sized L-shaped spandrel beams organized into two groups, namely, specimens with longitudinal reinforcing bars, and specimens with bars and stirrups. All cases are examined with 0%, 1%, and 1.5% steel fiber volume fractions and tested under two different loading eccentricities. Test results indicate that the torque to shear ratio has a significant effect on the crack pattern developed in the beams. The strain on concrete surface follows the crack width value, and the addition of steel fibers reduces the strain. Fibrous concrete beams exhibited improved overall torsional performance compared with the corresponding non-fibrous control beams, particularly the beams tested under high eccentricity.
Continuous concrete beams are commonly used as structural members in the reinforced concrete constructions. The use of fiber reinforced polymer (FRP) bars provide attractive solutions for these structures particularly for gaining corrosion resistance. This paper presents experimental results of eight two-span continuous concrete beams; two of them reinforced with pure glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars and six of them reinforced with combinations of GFRP and steel bars. The continuous beams were tested under monotonically applied loading condition. The experimental load-deflection behavior and failure mode of the continuous beams were examined. In addition, the continuous beams were analyzed with a numerical method to predict the load-deflection curves and to compare them with the experimental results. Results show that there is a good agreement between the experimental and the theoretical load-deflection curves of continuous beams reinforced with pure GFRP bars and combinations of GFRP and steel bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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