In this paper, a new approach of interface stress analysis in steel beam strengthened by porous FGM (Functionally Graded Materials) is presented to calculate the shear stress in the hybrid steel beam and loaded by a uniformly distributed load. The results show that there exists a high concentration of shear stress at the ends of the imperfect FGM, which might result in premature failure of the strengthening scheme at these locations. A parametric study has been conducted to investigate the sensitivity of interface behavior to parameters such as the rigidity of FGM plate (degree of homogeneity), the porosity index of FGM and the thickness of adhesive all were found to have a marked effect on the magnitude of maximum shear stress in the FGM member. we can conclude that the new approach is general in nature and may be applicable to all kinds of materials.
This study investigated the effect of the strengthening efficiency of unbonded steel-bar truss system on the out-of-plane behavior of perforated masonry walls. Four full-scale unreinforced masonry (URM) walls with two different planes were prepared using the unbonded steel-bar truss system and a URM walls without strengthening. All masonry walls were tested under constant axial and cyclic lateral loads. The obtained test results indicated that the pinching effect in the out-plane behavior of masonry walls tends to decrease in the in- and out-of-plane strengthened URM walls using the unbonded steel-bar truss system with the higher prestressing force ratio (Rp) of vertical reinforcing bars in the unbonded steel-bar truss system, regardless of the perforated type of the masonry wall. Consequently, the highest maximum shear resistance and cumulative dissipated energy at peak load in the post-peak behavior were observed in the in- and out-plane strengthened URM walls with the highest Rp values, which are 2.7 and 6.0 times higher than those of URM. In particular, the strengthening efficiency of the unbonded steel-bar truss system was primarily attributed to the vertical prestressed steel-bars rather than the diagonal steel-bars, which indicates that the strains in the vertical prestressed steel-bars at the peak load were approximately 1.6 times higher than those in the diagonal steel-bars.
This study focuses on shear strengthening performance of simply supported reinforced concrete (RC) T-beams bonded by glass fibre reinforced polymer (GFRP) strips in different configuration, orientations and transverse steel reinforcement in different spacing. Eighteen RC T-beams of 2.5 m span are tested. Nine beams are used as control beam. The stirrups are provided in three different spacing such as without stirrups and with stirrups at a spacing of 200 mm and 300 mm. Another nine beams are used as strengthened beams. GFRP strips are bonded in shear zone in U-shape and side shape with two types of orientation of the strip at $45^{\circ}$ and $90^{\circ}$ to the longitudinal axis of the beam for each type of stirrup spacing. The experimental result indicates that the beam strengthened with GFRP strips at $45^{\circ}$ orientation to the longitudinal axis of the beam are much more effective than $90^{\circ}$ orientation. Also as transverse steel increases, the effectiveness of the GFRP strips decreases.
Shear walls are one of the important structural elements for bearing loads imposed on buildings due to winds and earthquakes. Composite shear walls with high lateral resistance, and high energy dissipation capacity are considered as a lateral load system in such buildings. In this paper, a composite shear wall consisting of steel faceplates, infill concrete and tie bars which tied steel faceplates together, and concrete filled steel tubular (CFST) as boundary columns, was modeled numerically. Test results were compared with the existing experimental results in order to validate the proposed numerical model. Then, the effects of some parameters on the behavior of the composite shear wall were studied; so, the diameter and spacing of tie bars, thickness and compressive strength of infill concrete, thickness of steel faceplates, and the effect of strengthening the bottom region of the wall were considered. The seismic behavior of the modeled composite shear wall was evaluated in terms of stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation capacity. The results of the study showed that the diameter of tie bars had a trivial effect on the performance of the composite shear wall, but increasing the tie bars spacing decreased ductility. Studying the effect of infill concrete thickness, concrete compressive strength, and thickness of steel faceplates also showed that the main role of infill concrete was to prevent buckling of steel faceplates. Also, by strengthening the bottom region of the wall, as long as the strengthened part did not provide a support performance for the upper part, the behavior of the composite shear wall was improved; otherwise, ductility of the wall could be reduced severely.
The addition of steel fiber with concrete significantly improves the engineering properties of structural members, notably shear strength. The purpose of this study is to determine the steel fiber shape, aspect ratio and volume fraction ratio in a point of practical usage as structural members. Steel fiber factor and volume fraction are also considered to verify the strengthening effect in member level. From the reviewing of previous researches and analyzing of consecutive material test results, the optimum shape and length of steel fiber, which can have a good strengthening effects were defined as a hooked end type and larger than 1.5 times of maximum gravel size. Analyzing the test results of strength and deformation capacity, aspect ratio 75 and volume fraction $1.5\%$ can be having a maximum strengthening effect of steel fiber. Also steel fiber factor, tensile splitting strength, and flexural strength are found as key parameter in shear strengthening effect in member level.
In this research, we carried out finite element analysis depends on the variations such as the strength of the main bar, concrete, shear-span ratio(a/d) and existence of shear reinforcing bar. Throughout the results of FEM analysis, we were able to figure out how each variation can effect on shear performance. As the strength of concrete increased, the maximum shear force enhancement effect of each specimen was evaluated. As a result, the shear strengthening effect was 51~97% for shear reinforced specimens, and 26~44% for non-shear reinforced specimens. As the yield strength of reinforcing bars increases, the shear reinforcement effect of the specimen the specimens without shear reinforcement were 3%~6% higher than those with shear reinforcement. Theoretical and analytical values were compared using the design equations obtained from the CEB code. Theoretical and analytical values were compared using the design equations obtained from the CEB code. As a result, the error rate was the highest at 3.64 in the S1.0-C0 series and the lowest at 1.46 in the S1.7-C1 series. Therefore, the design equation of the CEB code is estimated to underestimate the actual shear strength of deep beams that are not subjected to shear reinforcement.
Kim, Sun-Young;Song, Jin-Gyu;Lee, Young-Uk;Byun, Hang-Yong
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.18
no.2
s.92
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pp.283-290
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2006
The paper describes m experimental study on the shear strengthening of concrete beams with exposed wire rope. The strengthening method is using the mechanical bolting of wire rope tensioned on the exterior of beam section. There are two shear strengthening types. The first is closed type wrapped beam section with wire rope like as closed stirrup. The second is U type tensioned at the anchor located in the side of beam section. The main parameters of specimens are strengthening spacings of wire rope with 150, 200, and 250mm for the closed and U type respectively. The shear span ratio of specimens applied by 3-point loading is 4. The results showed that the ultimate shear strength and ductility of strengthened beams increased significantly compared with non-strengthened beams. Especially, the strengthening effect of closed type was very preferable to U type. Therefore, the shear strengthening method with wire rope is very reasonable in view of repair and rehabilitation of beams.
This study presents the experimental results of twenty three reinforced concrete beams with rectangular web openings externally strengthened with Fiber Reinforced Polymers (FRP) composites bonded around openings. All tested beams had the same geometry and reinforcement details. At openings locations, the stirrups intercepted the openings were cut during fabrication of reinforcement cage to simulate the condition of inclusion of an opening in an existing beam. Several design parameters are considered including the opening dimensions and location in the shear zone, the wrapping configurations, and the amount and the type of the FRP composites in the vicinity of the openings. The wrapping configurations of FRP included: sheets, strips, U-shape strips, and U-shape strips with bundles of FRP strands placed at the top and sides of the beam forming a fan under the strips to achieve closed wrapping. The effect of these parameters on the failure modes, the ultimate load, and the beam stiffness were investigated. The shear contribution of FRP on the shear capacity of tested beams with web openings was estimated according to ACI Committee 440-08, Canadian Standards S6-06, and Khalifa et al. model and examined against the test results. A modification factor to account for the dimensions of opening chords was applied to the predicted gain in the shear capacity according to ACI 440-08 and CSA S6-06 for bonded Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) around openings. The analytical results after incorporating the modification factor into the codes guidelines showed good agreement with the test results.
To improve the brittle column behavior during seismic excitation, benefits of using steel fiber reinforced concrete in columns were investigated. For experimental study, eight specimens were used to evaluate the shear enhancement effect. The variables in this study were amount of shear reinforcement ratio (i.e., 0.26, 0.21 $\%$) and steel fiber volume fraction (i.e., 0.0, 1.0, 1.5, 2.0$\%$). The test results indicated that the maximum enhancement of shear capacity was shown in $1.5\%$ steel fiber content. In addition, to predict the maximum shear strength, equations of ACI 318-99, AIJ MB, NZS 3101, Hirosawa and Priestley were reviewed. From the parametric and regression study, modified Priestely equation was proposed by adding steel fiber effect.
In this paper, an improved theoretical interfacial stress analysis is presented for simply supported composite aluminum- sandwich honeycomb beam strengthened by imperfect FGM plateusing linear elastic theory. The adherend shear deformations have been included in the present theoretical analyses by assuming a linear shear stress through the thickness of the adherends, while all existing solutions neglect this effect. Remarkable effect of shear deformations of adherends has been noted in the results.It is shown that both the sliding and the shear stress at the interface are influenced by the material and geometry parameters of the composite beam. This new solution is intended for applicationto composite beams made of all kinds of materials bonded with a thin plate. Finally, numerical comparisons between the existing solutions and the present new solution enable a clear appreciation of the effects of various parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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