Beg, Mirza S.;Khalid, Hasan M.;Yasin, Mohd Y.;Hadji, L.
Steel and Composite Structures
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v.39
no.1
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pp.1-20
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2021
An exact solution based on refined third-order theory (TOT) has been presented for functionally graded porous curved beams having deep curvature. The displacement field of the refined TOT is derived by imposing the shear free conditions at the outer and inner surfaces of curved beams. The properties of the two phase composite are tailored according the power law rule and the effective properties are computed using Mori-Tanaka homogenization scheme. The equations of motion as well as consistent boundary conditions are derived using the Hamilton's principle. The curved beam stiffness coefficients (A, B, D) are obtained numerically using six-point Gauss integration scheme without compromising the accuracy due to deepness (1 + z/R) terms. The porosity has been modeled assuming symmetric (even) as well as asymmetric (uneven) distributions across the cross section of curved beam. The programming has been performed in MATLAB and is validated with the results available in the literature as well as 2D finite element model developed in ABAQUS. The effect of inclusion of 1 + z/R terms is studied for deflection, stresses and natural frequencies for FG curved beams of different radii of curvature. Results presented in this work will be useful for comparison of future studies.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.10
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pp.743-750
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2016
In this research, the effects of the strength and stiffness of shear walls on the design strength of coupling beams are studied in the shear wall-coupling beam structural system widely used as the lateral-drift resistant system of high-rise buildings. The results show that the design strength of the coupling beams decreases with decreasing concrete strength and core wall thickness, but the shape remains unchanged. In all six models, the design strength of the coupling beams has the largest value at the 10~15th floors in a 40-story building. In other words, the design strength of the coupling beams has the largest value at 0.25H~0.375H where the inflection point exists. The thicker the walls, the smaller the change in the member forces. The thickness of the coupled shear walls has more influence on the design strength of the coupling beams than the concrete strength.
This paper presents the findings of a design development project for perforated beams fully integrated with building services. A unified design approach for both steel and composite beams with large rectangular web openings is proposed which is based on plastic design methods and formulated in accordance with analytical structural design principles. Moreover, finite element models are established after careful calibration against test data, and comparison on the predicted ultimate loads of two composite beams with rectangular web openings from the finite element models and the proposed design method is also presented. It is demonstrated that the proposed design method is able to predict the ultimate loads of composite beams with rectangular web openings against 'Vierendeel' mechanism satisfactorily.
This paper aims to investigate the vibration analysis of functionally graded porous (FGP) beams using State-space approach with several classical and non-classical boundary conditions. The materials properties of the porous FG beams are considered to have even and uneven distributions profiles along the thickness direction. The equation of motion for FGP beams with various boundary conditions is obtained through Hamilton's principle. State-space approach is used to obtain the governing equation of porous FG beam. The comparison of the results of this study with those in the literature validates the present analysis. The effects of span-to-depth ratio (L/h), of distribution shape of porosity and others parameters on the dynamic behavior of the beams are described. The results show that the boundary conditions, the geometry of the beams and the distribution shape of porosity affect the fundamental frequencies of the beams.
Based on a numerical method to analyse the full-range behaviour of prestressed concrete beams with unbonded tendons, parametric studies are carried out to investigate the influence of 11 parameters on the curvature ductility of unbonded prestressed concrete (UPC) beams. It is found that, among various parameters studied, the depth to prestressing tendons, depth to non-prestressed tension steel, partial prestressing ratio, yield strength of non-prestressed tension steel and concrete compressive strength have substantial effects on the curvature ductility. Although the curvature ductility of UPC beams is affected by a large number of factors, rather simple equations can be formulated for reasonably accurate estimation of curvature ductility. Conversion factors are introduced to cope with the difference in partial safety factors, shapes of equivalent stress blocks and the equations to predict the ultimate tendon stress in BS8110, EC2 and ACI318. The same equations can also be used to provide conservative estimates of ductility of UPC beams with compression steel.
A new nonlinear model was developed to evaluate the shear resistance of steel fiber-reinforced concrete beams (SFRCB) using linear genetic programming (LGP). The proposed model relates the shear strength to the geometrical and mechanical properties of SFRCB. The best model was selected after developing and controlling several models with different combinations of the influencing parameters. The models were developed using a comprehensive database containing 213 test results of SFRC beams without stirrups obtained through an extensive literature review. The database includes experimental results for normal and high-strength concrete beams. To verify the applicability of the proposed model, it was employed to estimate the shear strength of a part of test results that were not included in the modeling process. The external validation of the model was further verified using several statistical criteria recommended by researchers. The contributions of the parameters affecting the shear strength were evaluated through a sensitivity analysis. The results indicate that the LGP model gives precise estimates of the shear strength of SFRCB. The prediction performance of the model is significantly better than several solutions found in the literature. The LGP-based design equation is remarkably straightforward and useful for pre-design applications.
Despite popularity of FEM in analysis of static and dynamic structural problems and the routine applicability of FE softwares, analytical methods based on simple mathematical relations is still largely sought by many researchers and practicing engineers around the world. Development of such analytical methods for analysis of free vibration of non-prismatic beams is also of primary concern. In this paper a new and simple method is proposed for determination of vibration frequencies of non-prismatic beams under variable axial forces. The governing differential equation is first obtained and, according to a harmonic vibration, is converted into a single variable equation in terms of location. Through repetitive integrations, integral equation for the weak form of governing equation is derived. The integration constants are determined using the boundary conditions applied to the problem. The mode shape functions are approximated by a power series. Substitution of the power series into the integral equation transforms it into a system of linear algebraic equations. Natural frequencies are determined using a non-trivial solution for system of equations. Presented method is formulated for beams having various end conditions and is extended for determination of the buckling load of non-prismatic beams. The efficiency and convergence rate of the current approach are investigated through comparison of the numerical results obtained to those obtained using available finite element software.
Jongvivatsakul, Pitcha;Laopaitoon, Phattarakan;Nguyen, Yen T.H.;Nguyen, Phuoc T.;Bui, Linh V.H.
Computers and Concrete
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v.27
no.5
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pp.395-406
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2021
This study experimentally and analytically investigates the shear behavior of corroded reinforced concrete (RC) beams repaired using steel fiber-reinforced concrete (SFRC) in the flexural zone. The experimental parameters are the corrosion degree (0%, 12%, and 17%) and the steel fiber volume in the SFRC (1.0%, 1.5%, and 2.0%). The test results reveal that corrosion degree significantly affects the shear resistance of the beams. The shear capacity of the beam with the corrosion degree of 17% was higher than that of the uncorroded beam, whereas the shear capacity of the beam with the corrosion degree of 12% was lower than that of the uncorroded beam. The shear efficiency of damaged beams can be recovered by repairing them using SFRC that contains a reasonable amount of steel fibers. In addition, two methods to estimate the shear capacity of the repaired beams are developed using the modified truss analogy and strut-and-tie models. The estimated shear capacity of the beam using the modified truss analogy model agrees well with the experimental data.
This study was carried out to investigate the bending strength properties of the unreinforced glulam beams and the GFRP laminated glulam beams according to the volume ratio of GFRP. The 7-layer glulam beams ($10cm(b){\times}14cm(h){\times}180cm(l)$) were manufactured, using Larch (Larix kaempferi Carr.) laminae ($2cm(h){\times}10cm(b){\times}360cm(l)$), which were dried to the moisture content of 8% and specific gravity of 0.54. GPRP of 0.1 and 0.3 cm was reinforced between the outmost layer of bottom and next layer. When the glulam beams were reinforced with GFRP at the volume ratio of 0.7% and 2.1%, respectively, the bending strength was increased by 12% and 28%, respectively, in the reinforced beams than in control glulam beams. Also, the GFRP reinforced layer of the glulam beams with GFRP laminations blocked the progression of rupture, and the unbroken part held about 90% of the bending strength. In the results of glue joints test, the block shear strength is higher than $7.1N/mm^2$, the standard of KS F3021, and in the result of delamination, the adhesive strength is good as the water soaking and boiling delamination was less than 5%.
Ahn, Jin Hee;Kim, Jun Hwan;Jung, Chi Young;Kim, Sang Hyo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.5
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pp.527-537
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2007
The main girders and cross-beams of an H-beam bridge consisted of factory-made H-beams, providing better conditions for quality control. Also, on-site fabrication works can be minimized and most of the stiffeners can be omitted, enabling simple and economic construction. In this study, the effect of the Multi-Stepwise TPSM (M-TPSM) on improving the maximum span length and section efficiency is analyzed. Compared to a 30-m-long, five-girder conventional plate girder bridge, structural analysis results showed that 50.7~55.1% of the girder height and 24.1~26.2% of the self-weight may be reduced by the application of M-TPSM to a five-girder H-beam bridge constructed with H-$900{\times}300$beams. In case of conventional H-beam bridges without M-TPSM, it was found that seven girders are required for a similar level of load-carrying capacity. Therefore, it is concluded that by the application of the M-TPSM, the H-beam bridge would become one of most cost-competitive options for short- and medium-span bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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