This paper describes the numerical modelling of an interior slab-column connection to investigate the punching shear resistance of reinforced concrete (RC) slabs under fire conditions. Parameters of the study were the fire direction, flexural reinforcement ratio, load levels, shear reinforcement and compressive strength of concrete. Moreover, the efficiency of the insulating material, gypsum, in reducing the heat transferred to the slab was assessed. Validation studies were conducted comparing the simulation results to experiments from the literature and common codes of practice. Temperature dependencies of both concrete and reinforcing steel bars were considered in thermo-mechanical analyses. Results showed that there is a slight difference in temperature endurance of various models with respect to concrete with different compressive strengths. It was also concluded that compared to a slab without gypsum, 10-mm and 20-mm thick gypsum reduce the maximum heat transferred to the slab by 45.8% and 70%, respectively. Finally, it was observed that increasing the flexural reinforcement ratio changes the failure mode from flexural punching to brittle punching in most cases.
If reinforced concrete beam exists crack, ultimate shear transfer strength and shear hardness of section with crack substantially decrease. In this study , five model beams were designed for the objective of clarfying contributions of three shear resistant elements : the compression zone of concrete, dowel action of tension reinforcement, aggregate interlock across cracks, The shear force carried by each resistant element was calculated from the detailed strain data on the contributions to the shear capacity of beams of the shear forces carried by the other three resistant element. The test result follows : 1) Compression zone of concrete (C)-56.2%, 2) Dowel action of tension reinforcement (D)-18.0%, 3)Aggregate Interlock(A)-25.8%.
This Paper Presents a new model, called the “shear-friction truss model,” for slender reinforced concrete beams to derive a clear and simple equation for their ultimate shear strength. In this model, a portion of the shear strength is provided by shear reinforcement as in the traditional truss model, and the remainder by the shear-friction mechanism. Friction resistance is derived considering both geometrical configuration of the rough crack surface and material Properties. The inclined angle of diagonal strut in the traditional truss model is modified to satisfy the state of balanced failure, when both stirrups and longitudinal reinforcement yield simultaneously. The vertical component of friction resistance is added to the modified truss model to form the shear-friction truss model. Test results from published literatures are used to find the effective coefficient of concrete strength in resisting shear on inclined crack surfaces.
This paper is to study the response of flat plate slab-column connections consisting of various types of shear reinforcement and steel plate subjected to gravity loadings, mainly punching shear forces using the non-destructive testing, spectral analysis of surface waves and structural experiments. The base specimen failed due to punching shear generated from the gravity. The three other types of slab shear reinforcement and steel plate showed effective in resisting punching shear for these types of connections under gravity loading. This study has focused in evaluating the velocity response of a Surface wave during the early age as the poured concrete specimens have been hardened, the possibility of damage detection in the slab-column connection and the relationship between the punching shear forces and the surface wave velocities under the condition that the punching shear forces had gradually increased until the flat plate slab in slab-column connection had been failed.
In the shear strengthening with FRP sheets, beams are wrapped around the webs and tension face of critical shear span by fiber sheets. The shear strength of RC beam strengthened with FRP sheets must be calculated based on the effective strain that can be developed in the FRP sheets at ultimate stage because the final failure modes of beams are governed by premature debonding of FRP sheet due to the limitation of bonded length by beam depth. An experimental study is carried out to evaluate the shear strengthening effect of AFRP or GFRP sheets with respect to shear reinforcement ratio of rebar. From the test results, it was found that the additional shear strength provided by GFRP or AFRP can be estimated by $p_w{\cdot}f_w$ based on the maximum effective strain of FRP sheet $4,000m{\mu}$ proposed by ACI 440 committee.
The purpose of this study is to develop and evaluate the structural performance of various shear walls, such as the hysteretic behavior, the maximum horizontal strength, crack propagation, and ductility etc. under load reversals. For the diagonal reinforced slit and infilled shear wall specimens, it was found that the failure mode shows very effective crack control and crashing due to slippage prevention of boundary region and reduction of diagonal tension rather than the brittle shear and diagonal tension failure. The ductility of specimens designed by the diagonal reinforcement for the slit and infilled shear wall was increased 1.72~1.81 times in comparison with the fully rigid shear wall frame. Maximum horizontal load-carrying capacity of specimens designed by the diagonal reinforcement ratio the slit and infilled shear wall was increased respectively by 1.14 times and 1.49 times in comparison with the standard fully rigid shear wall frame.
In multi-span bridges, a shear key is often used to distribute the seismic force to the case, the shear key is sometimes required to be reinforced to withstand the seismic force. To improve the strength of shear key, the strength and failure mode of shear key have to be carefully estimated and the proper reinforcement scheme should be elaborated. The test results show that the strength of shear key is 2.5 times higher than the strength calculated by PCI design handbook. Also the strength of shear key is greatly improved by placing PT bars into shear key. In this study, the analytical method to evaluate the strength of sheat key and the reinforcement scheme are proposed.
Tadepalli, Padmanabha Rao;Dhonde, Hemant B.;Mo, Y.L.;Hsu, Thomas T.C.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제9권3호
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pp.267-281
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2015
Six full-scale prestressed concrete (PC) I-beams with steel fibers were tested to failure in this work. Beams were cast without any traditional transverse steel reinforcement. The main objective of the study was to determine the effects of two variables-the shear-span-to-depth ratio and steel fiber dosage, on the web-shear and flexural-shear modes of beam failure. The beams were subjected to concentrated vertical loads up to their maximum shear or moment capacity using four hydraulic actuators in load and displacement control mode. During the load tests, vertical deflections and displacements at several critical points on the web in the end zone of the beams were measured. From the load tests, it was observed that the shear capacities of the beams increased significantly due to the addition of steel fibers in concrete. Complete replacement of traditional shear reinforcement with steel fibers also increased the ductility and energy dissipation capacity of the PC I-beams.
Reinforced concrete (RC) flat slabs should be designed based on punching shear strength. As part of this study, machine learning (ML) algorithms were developed to accurately predict the punching shear strength of RC flat slabs without shear reinforcement. It is based on Bayesian optimization (BO), combined with four standard algorithms (Support vector regression, Decision trees, Random forests, Extreme gradient boosting) on 446 datasets that contain six design parameters. Furthermore, an analysis of feature importance is carried out by Shapley additive explanation (SHAP), in order to quantify the effect of design parameters on punching shear strength. According to the results, the BO method produces high prediction accuracy by selecting the optimal hyperparameters for each model. With R2 = 0.985, MAE = 0.0155 MN, RMSE = 0.0244 MN, the BO-XGBoost model performed better than the original XGBoost prediction, which had R2 = 0.917, MAE = 0.064 MN, RMSE = 0.121 MN in total dataset. Additionally, recommendations are provided on how to select factors that will influence punching shear resistance of RC flat slabs without shear reinforcement.
본 논문에서는 기존의 전단실험결과를 모아 구축한 방대한 데이터베이스를 이용하여 철근콘크리트 보와 프리스트레스트 콘크리트 보에 대한 ACI와 국내의 전단설계기준을 평가 분석하였다. 또한 두 전단설계기준에 대한 평가결과를 바탕으로 기준의 안전율과 강도감소계수에 대하여도 고찰하였다. 전단설계기준은 철근콘크리트 부재의 전단강도에 대해서 매우 낮은 정확도를 보였으며, 특히 전단철근이 없는 철근콘크리트 보의 전단강도에 대하여 가장 낮은 정확도를 제공하였다. 또한 기준에서 전단강도에 대한 전단철근의 기여도의 제한은 다소 낮은 것으로 분석되었으며, 특히 전단철근이 없고 휨인장철근비가 낮으며$(\rho_w<1.0\%)$ 춤이 높은 (h>700mm) 보에 대하여 매우 위험한 전단강도를 제공하였다. 프리스트레스트 콘크리트 부재에 대해서는 철근콘크리트 부재에 비하여 매우 정확한 전단강도를 제공하였다. 그러나, ACI와 국내의 전단설계기준은 전단강도의 예측정확도가 매우 다른 철근콘크리트 부재와 프리스트레스트 콘크리트 부재에 대해 동일한 강도감소계수를 사용함으로써 이들 부재에 대해 동일한 수준의 설계안 전율을 제공하지 못하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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