Biao Liu;Feng Xue;Yu-Ting Wu;Guo-Liang Bai;Zheng-Zhong Wang
Computers and Concrete
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v.34
no.4
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pp.427-446
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2024
The I-shaped steel reinforced recycled aggregate concrete (SRRC) composite structure has the advantages of high bearing capacity and environmental protection, and the interfacial bond strength is an important theory. To this end, the I-shaped SRRC bond strength and its calculation based on artificial neural network (ANN) will be studied. Firstly, 39 push out tests of I-shaped SRRC were conducted, the load-slip curve has obvious regularity, which is divided into 4 segments by 3 regular points. Three bond strengths were defined based on these three rule points, and the approximate ranges of their values and the laws of influence of each factor on them were found. Secondly, the Elman ANN model used for the prediction of bond strength was established, and the parameters of Elman ANN predicting I-shaped SRRC bond strength were studied, and the effects of detailed parameters on the prediction results were revealed. Finally, the bond strength of SRRC was predicted using Elman and BP (back propagation) neural network models, both of which showed good prediction results. This study is a theoretical basis for the design and fine simulation of I-shaped SRRC composite structures.
Experiments were performed to explore the hysteretic performance of steel reinforced concrete (SRC) cross-shaped columns. Nine specimens were designed and tested under the combined action of compression, flexure, shear and torsion. Torsion-bending ratio (i.e., 0, 0.14, 0.21) and steel forms (i.e., Solid - web steel, T - shaped steel, Channel steel) were considered in the test. Both failure processes and modes were obtained during the whole loading procedure. Based on experimental data, seismic indexes, such as bearing capacity, ductility and energy dissipation were investigated in detail. Experimental results suggest that depending on the torsion-bending ratio, failure modes of SRC cross-shaped columns are bending failure, flexure-torsion failure and torsion-shear failure. Shear - displacement hysteretic loops are fuller than torque - twist angle hysteretic curves. SRC cross-shaped columns exhibit good ductility and deformation capacity. In the range of test parameters, the existence of torque does not reduce the shear force but it reduces the displacement and bending energy dissipation capacity. What is more, the bending energy dissipation capacity increases with the rising of displacement level, while the torsion energy dissipation capacity decreases.
Bozkurt, Mehmet Bakir;Ergut, Abdulkerim;Ozkilic, Yasin Onuralp
Steel and Composite Structures
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v.45
no.4
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pp.513-533
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2022
This study presents similarities and differences between Turkish Building Code for Steel Structures, which are TS 648 and SDCCSS (Specification for Design, Calculation and Construction of Steel Structures) in terms of the design of the members. Hot-rolled I-shaped steel sections for symmetrical and U-shaped steel sections (i.e., channels) for monosymmetric sections were elaborated in detail. The design strength of tension members under tensile load, compression members under axial load and flexural members under flexure and shear were examined separately. Connection details for tension members, slenderness for compression members and distance between lateral supports for flexural members were considered as prime variables. Analysis results revealed the design strength of the tension members where at least one of the cross-sectional parts is not connected to the connection plates, I-shaped compression members where a slenderness ratio is below 39 (𝛌<39), U-shaped compression members and flexural members where Lb is between Lp and Lr (Lpb≤Lr) designed based on TS 648 are greater than those designed based on SDCCSS 2018. Strength differences between the specification can reach 79% for tensile members, 13% for compression members and 9% for flexural members.
Cruciform sections are an appropriate option for columns of orthogonal moment resisting frames for equal bending strength and stiffness about two main axes and the implementation is easier for continuity plates. These columns consist of two I-shaped sections, so that one of them is cut out in middle and two generated T-shaped sections be welded into I-shaped profile. Furthermore, in steel moment frames, unbalance moment at the beam-column connection leads to shear deformation in panel zone. Most of the obtained relations for panel zone strength derived from experimental and analytical results are on I-shaped columns with almost thin flanges. In this paper, a parametric study has been carried out using Finite Element Method (FEM) with effective parameters at the panel zone behavior. These parameters consist of column flange thickness, column web thickness, and thickness of continuity plates. Additionally, a mathematical model has been suggested to determine strength of cruciform column panel zone and has been shown its accuracy and efficiency.
This paper presents a simplified model to capture the nonlinear behavior of steel frames depending on the spread of plasticity method. New interaction formulae were derived to evaluate the plastic strength for I-shaped steel sections under uniaxial bending moment and axial compression load. Also, new empirical formulae were derived to evaluate the tangent stiffness modulus of steel I-shaped cross-sections considering the effect of the residual stresses suggested by the specifications in European Convention for Construction Steelworks (ECCS). The secant stiffness which depends on the tangent modulus is used to evaluate the internal forces. Based on stiffness matrix method, a finite element analysis program was developed for the nonlinear analysis of space steel frames using the derived formulae. Comparison between the proposed model results with those given by the fiber model shows very good agreement. Numerical examples were introduced to verify, check the accuracy, and evaluate the efficiency of the proposed model. The analysis results show that the new proposed model is accurate and able to minimize the solution time.
This paper presents the results of a study to show how the development of a crack alters the structural behavior of I-shaped steel beams and how this can be used to evaluate nondestructive evaluation techniques. The approach is based on changes in the dynamic behavior. An approximate finite element model for a cracked beam with I-shaped cross-section is developed based on a simplified fracture model. The model is then used to review different damage cases. Damage detection techniques are studied to determine their ability to identify the existence of the crack and to identify its location. The techniques studied are the coordinate modal assurance criterion, the modal flexibility, and the state and the slope arrays.
The seismic performance of the ordinary steel reinforced concrete (SRC) columns has no significant improvement compared to the reinforced concrete (RC) columns mainly because I, H or core cross-shaped steel cannot provide sufficient confinement for core concrete. Two improved SRC columns by constructing with new-type shaped steel were put forward on this background, and they were named as enlarging cross-shaped steel and diagonal cross-shaped steel for short. The seismic behavior and carrying capacity of new-type SRC columns have been researched theoretically and experimentally, while the shear behavior remains unclear when the new-type columns are joined onto SRC beams. This paper presents an experimental study to investigate the shear capacity of new-type SRC joints. For this purpose, four new-type and one ordinary SRC joints under low reversed cyclic loading were tested, and the failure patterns, load-displacement hysteretic curves, joint shear deformation and steel strain were also observed. The ultimate shear force of joint specimens was calculated according to the beam-end counterforce, and effects of steel shape, load angel and structural measures on shear capacity of joints were analyzed. The test results indicate that: (1) the new-type SRC joints display shear failure pattern and has higher shear capacity than the ordinary one; (2) the oblique specimens have good bearing capacity if designed reasonably; and (3) the two proposed construction measures have little effect on the shear capacity of SRC joints embedded with diagonal cross-shaped steel. Based on the mechanism observed from the test, the formulas for calculating ultimate shear capacity considering the main factors (steel web, stirrup and axial compression ratio) were derived, and the calculated results agreed well with the experimental and simulated data.
Mohabeddine, Anis I.;Eshaghi, Cyrus;Correia, Jose A.F.O.;Castro, Jose M.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.447-456
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2022
Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.
No significant improvement has been observed on the seismic performance of the ordinary steel reinforced concrete (SRC) columns compared with the reinforced concrete (RC) columns mainly because I, H or core cross-shaped steel cannot provide sufficient confinement for core concrete. Two improved SRC columns by constructing with new-type section steel were put forward on this background: a cross-shaped steel whose flanges are in contact with concrete cover by extending the geometry of webs, and a rotated cross-shaped steel whose webs coincide with diagonal line of the column's section. The advantages of new-type SRC columns have been proved theoretically and experimentally, while construction measures and seismic behavior remain unclear when the new-type columns are joined onto SRC beams. Seismic behavior of SRC joints with new-type section steel were experimentally investigated by testing 5 specimens subjected to low reversed cyclic loading, mainly including the failure patterns, hysteretic loops, skeleton curves, energy dissipation capacity, strength and stiffness degradation and ductility. Effects of steel shape, load angel and construction measures on seismic behavior of joints were also analyzed. The test results indicate that the new-type joints display shear failure pattern under seismic loading, and steel and concrete of core region could bear larger load and tend to be stable although the specimens are close to failure. The hysteretic curves of new-type joints are plumper whose equivalent viscous damping coefficients and ductility factors are over 0.38 and 3.2 respectively, and this illustrates the energy dissipation capacity and deformation ability of new-type SRC joints are better than that of ordinary ones with shear failure. Bearing capacity and ductility of new-type joints are superior when the diagonal cross-shaped steel is contained and beams are orthogonal to columns, and the two construction measures proposed have little effect on the seismic behavior of joints.
Kang Su Tae;Park Jung Jun;Kim Sung Wook;Han Sang Muk;Jeon Sang Eun;Lee Jang Hwa
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.57-60
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2004
Recently, Many researchers are interested in ultra-high performance cementitious compostie characterized by high strength and high durability and trying to apply for structural members. In this paper, twelves fiber-reinforced UHPCC with high compressive strength over 150MPa I shaped beam without stirrups were tested under various conditicns to investigate the mechanical behavior of UHPCC I shaped beam without stirrups. Variables considered in this study includes steel fiber volume fraction, reinforcememt steel ratio, and shear spar ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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