Mohammed, Thaer Jasim;Bakar, B.H. Abu;Bunnori, N. Muhamad;Ibraheem, Omer Farouk
Computers and Concrete
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v.16
no.1
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pp.1-16
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2015
The proposed techniques to strengthen concrete members such as steel plates, polymers or concrete have important deficiencies in adherence and durability. The use of UHPFC plates can overtake effectively these problems. In this paper, the possibility of using UHPFC to strengthen RC beams under torsion is investigated. Four specimens of concrete beams reinforced with longitudinal bars only were tested under pure torsion. One of the beams was considered as the baseline specimen, while the others were strengthened by ultra-high-performance fiber concrete (UHPFC) on two, three, and four sides. Finite element analysis was conducted in tandem with experimental work. Results showed that UHPFC enhances the strength, ductility, and toughness of concrete beams under torsional load, and that finite element analysis is in good agreement with the experimental data.
Based on a fast and accurate method for the stationary random seismic response analysis for discretized structures(Lin 1992, Lin et al. 1992), a Ritz method for dealing with such responses of continuous systems in developed. This method is studied quantitatively, using cantilever shear beams for simplicity and clarity. The process can be naturally extended to deal with various boundary conditions as well as non-uniform Bernoulli-Euler beams, or even Timoshenko beams. Algorithms for both proportionally and non-proportionally damped responses are described. For all of such damping cases, it is not necessary to solve for the natural vibrations of the beams. The solution procedure is very simple, and equally efficient for a white or a non-white ground excitation spectrum. Two examples are given where various power spectral density functions, variances, covariances and second spectral moments of displacement, internal force response, and their derivatives are calculated and analyses. Some Ritz solutions are compared with "exact" CQC solutions.
This paper presents a Level III damage evaluation methodology, which simultaneously, identifies the location, the extent, and the severity of stiffness damage in deep beams. Deep beams are structural elements with relatively high aspect (depth-to-length) ratios whose response are no longer based on the simplified Euler-Bernoulli theory. The proposed methodology is developed on the bases of the force-displacement relations of the Timoshenko beam theory and the concept of invariant stress resultants, which states that the net internal force existing at any cross-section of the beam is not affected by the inflicted damage, provided that the external loadings in the undamaged and damaged beams are identical. Irrespective of the aspect ratios, local changes in both the flexural and the shear stiffnesses of beam-type structures may be detected using the approach presented in this paper.
An experimental and a non linear finite element investigation on the behavior of steel-concrete composite beams stiffened in hogging moment region with Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) sheets is presented in this paper. A total of five specimens were tested under two-point loads. Three of the composite beams included concrete slab while the other two beams had composite slabs. The stiffening was achieved by attaching CFRP sheets to the concrete surface at the position of negative bending moment. The suggested CFRP sheets arrangement enhanced the overall beam behavior and increased the composite beam capacity. Valuable parametric study was conducted using a three dimensional finite element model using ANSYS program. Both geometrical and material nonlinearity were included. The studied parameters included CFRP sheet arrangement, concrete strength and degree of shear connection.
The purpose of this experimental study is to investigate the relationship of the shear behavior and the variety of width, depth and location of an opening in reinforced concrete deep beams with rectangular web openings, and to present an improved shear strength equation of those members. The main parameters considered were concrete strength(fck), shear span-to-overall depth ratio(a/h), and the size and vortical position of the web openings. Twenty five deep beams were tested under two symmetric loading-points. Test results showed that the shear behavior of deep beams with web openings was influenced by a/h and the size of opening. In addition, the KCI shear design provision is a tendency to be more unconservative according to the increase in a/h and the area-ratio of opening to shear span(Ao/Ash). Based on the concrete strut action of top and bottom member of an opening and the tie action of longitudinal reinforcement, a proper design equation which closely predicts the capacity of deep beams with rectangular openings is developed.
This paper presents an experimental study on the flexural capacity of an encased(slim-floor) composite beam, which is a wider plate under bottom flange of H-beam with web openings. Five simple full-scale bending tests were conducted on the encased(slim-floor) composite beams at varying steel beam heights (250mm and 300mm), positions of web openings, and loading conditions. The test results revealed that the web-open encased composite beam had sufficient composite action, without any additional shear connection devices, because of the inherent shear-bond effects between the steel beam and the concrete, and a stable structural performance without web-opening reinforcements.
The steel-concrete composite system has been playing a vital role in the construction sector for the past two decades. By using steel and concrete together, we achieve strong load resistance with minimal deflection and bending stress. The study focuses on the numerical and analytical behaviour of concrete encased steel castellated beams and compared them with previous experiments. The study used five composite beams, including one control reinforced concrete beam (CC), one fully concrete encased steel beam (FCES), and three fully concrete encased castellated beams. The major variable is the opening configuration of the castellated beam, such as openings along the longitudinal axis, above the longitudinal axis, and below the longitudinal axis. The 150 mm × 250 mm cross section and 2000 mm in length of beams were used. Using the finite element software ANSYS, we conduct nonlinear finite element analysis for the entire beam and compare it with test data. The numerical load carrying capacity of concrete encased steel castellated beam with a hexagonal opening above the longitudinal axis (FCESCB H2) is 160 kN is closer to the experimental observation. Von Mises strain of FCESB is 0.004232, which is lower than CB and composite castellated beam. The ductility factor and energy absorption capacity of FCESB are 5.090 and 1688.47 kNm. It was observed that the configuration of the opening will influence the strength of the composite beam. Plastic moment methods were employed to estimate the ultimate load carrying capacity of the beam. In the analytical study the beams were assumed as perfectly plastic. The ultimate analytical load carrying capacity of FCESCB H2 is 21.87% higher than FCESB. It found that performing FCESCB H2 is superior to the entire specimen.
Existing reinforced concrete (RC) beams can be strengthened with externally bolted steel plates to the sides of beams. The effectiveness of this type of bolted side-plate (BSP) beam can however be affected by partial interaction between the steel plates and RC beams due to the mechanical slip of bolts. To avoid over-estimation of the flexural strength and ensure accurate prediction of the load-deformation response of the beams, the effect of partial interaction has to be properly considered. In this paper, a special non-linear macro-finite-element model that takes into account the effects of partial interaction is proposed. The RC beam and the steel plates are modelled as two different elements, interacting through discrete groups of bolts. A layered method is adopted for the formulation of the RC beam and steel plate elements, while a special non-linear model based on a kinematic hardening assumption for the bolts is used to simulate the bolt group effect. The computer program SiBAN was developed based on the proposed approach. Comparison with the available experimental results shows that SiBAN can accurately predict the partial interaction behaviour of the BSP beams. Further numerical simulations show that the interaction between the RC beam and the steel plates is greatly reduced by the formation of plastic hinges and should be considered in analyses of the strengthened beams.
High-strength concrete (HSC) is becoming more popular in the construction of beams and columns of tall buildings because of its higher stiffness and strength-to-weight ratio. However, as HSC is more brittle than normal-strength concrete (NSC), it may adversely affect the flexural ductility and deformability of concrete members. Extended from a series of theoretical study conducted on flexural ductility of concrete beams, the authors would in this paper investigate the effects of some critical factors including the degree of reinforcement, confining pressure, concrete and steel yield strength on the flexural deformability of NSC and HSC beams. The deformability, expressed herein in terms of normalised rotation capacity defined as the product of ultimate curvature and effective depth, is investigated by a parametric study using nonlinear moment-curvature analysis. From the results, it is evident that the deformability of concrete beams increases as the degree of reinforcement decreases and/or confining pressure increases. However, the effects of concrete and steel yield strength are more complicated and dependent on other factors. Quantitative analysis of all these effects on deformability of beams has been carried out and formulas for direct deformability evaluation are developed. Lastly, the proposed formulas are compared with available test results to verify its applicability.
Shariati, Mahdi;Mafipour, Mohammad Saeed;Haido, James H.;Yousif, Salim T.;Toghroli, Ali;Trung, Nguyen Thoi;Shariati, Ali
Steel and Composite Structures
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v.34
no.1
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pp.155-170
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2020
Different parameters potentially affect the properties of corroded reinforced concrete beams. However, the high number of these parameters and their dependence cause that the effectiveness of the parameters could not be simply identified. In this study, an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) was employed to determine the most influencing parameters on the properties of the corrosion-damaged reinforced concrete beams. 207 ANFIS models were developed to analyze the collected data from 107 reinforced concrete (RC) beams. The impact of 23 input parameters on nine output factors was investigated. The results of the paper showed the order of influence of each input parameter on the outputs and revealed that the input parameters regarding the uncorroded properties of concrete beams are the most influencing factors on the corresponding corroded properties of the beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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