Under severe lateral loads, ductile moments-resisting reinforced concrete frames will be subjected to large loads and displacements. Thus, large deformation and shear stree are occurred at the beam-column joints which are the most critical region in ductile moments-resisting system. The purpose of this study was to investigate the shear strength of beam-column connection using high strength concrete. Four subassemblies were designed 2/3 scale of read structures and tested. The obtained results are as follows. 1) The transverse beams increase the shear resistance and ductility of joint, 2) The slab was contributed to increase of the flexural capacity of the beam, but was not contributed to increase the joint ductility under cyclic loads. 3) The shear stress factors. given by the ACI code would be modified in evaluating the shear strength of beam-column joints of frame which were constructed with high-strength concrete.
In this paper, a higher order shear deformation beam theory is developed for static and free vibration analysis of functionally graded beams. The theory account for higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. The material properties of the functionally graded beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Based on the present higher-order shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Navier type solution method was used to obtain frequencies. Different higher order shear deformation theories and classical beam theories were used in the analysis. A static and free vibration frequency is given for different material properties. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions.
An improved shear deformable thin-walled curved beam theory to overcome the drawback of currently available beam theories is newly proposed for the spatially coupled free vibration and elastic analysis. For this, the displacement field considering the shear deformation effects is presented by introducing displacement parameters defined at the centroid and shear center axes. Next the elastic strain and kinetic energies considering the shear effects due to the shear forces and the restrained warping torsion are rigorously derived. Then the equilibrium equations are consistently derived for curved beams with non-symmetric thin-walled sections. It should be noticed that this formulation can be easily reduced to the warping-free beam theory by simply putting the sectional properties associated with warping to zero for curved beams with L- or T-shaped sections. Finally in order to illustrate the validity and the accuracy of this study, finite element solutions using the isoparametric curved beam elements are presented and compared with those in available references and ABAQUS's shell elements.
Yang, Yong;Yu, Yunlong;Guo, Yuxiang;Roeder, Charles W.;Xue, Yicong;Shao, Yongjian
Steel and Composite Structures
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v.21
no.2
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pp.289-302
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2016
A new kind of partially precast or prefabricated castellated steel reinforced concrete beam, which is abbreviated here as CPSRC beam, was presented and introduced in this paper. This kind of CPSRC beam is composed of a precast outer-part and a cast-in-place inner-part. The precast outer-part is composed of an encased castellated steel shape, reinforcement bars and high performance concrete. The cast-in-place inner-part is made of common strength concrete, and is casted with the floor slabs simultaneously. In order to investigate the shear performance of the CPSRC beam, experiments of six CPSRC T-beam specimens, together with experiments of one cast-in-place SRC control T-beam specimen were conducted. All the specimens were subjected to sagging bending moment (or positive moment). In the tests, the influence of casting different strength of concrete in the cross section on the shear performance of the PPSRC beam was firstly emphasized, and the effect of the shear span-to-depth ratio on that were also especially taken into account too. During the tests, the shear force-deflection curves were recorded, while the strains of concrete, the steel shapes as well as the reinforcement stirrups at the shear zone of the specimens were also measured, and the crack propagation pattern together with the failure pattern was as well observed in detail. Based on the test results, the shear failure mechanism was clearly revealed, and the effect of the concrete strength and shear span-to-depth ratios were investigated. The shear capacity of such kind of CPSRC was furthermore discussed, and the influences of the holes on the steel shape on the shear performance were particularly analyzed.
A hollow-core partially-encased composite beam, named HPEC beam, is investigated in this paper. HPEC beam comprises I-beam, longitudinal reinforcement, stirrup, foam formwork, and cementitious grout. The foam formwork is located on both sides of the web, and cementitious grout is cast within the steel flange. To investigate the shear performance of HPEC beams, static loading tests of six HPEC beams and three control beams were conducted. The shear span ratio and the number of studs on the shear behavior of the HPECspecimens were studied. The failure mechanism was studied by analyzing the curves of shear force versus both deflection and strain. Based on the shear span ratio (𝜆), two typical shear failure modes were observed: shear compression failure when 1.6 ≤ 𝜆 ≤ 2; and diagonal compression failure when 𝜆 ≤ 1.15. Shear studs welded on the flange can significantly increase the shear capacity and integrity of HPEC beams. Flange welded shear studs are suggested. Based on the deformation coordination theory and superposition method, combined with the simplified modified compression field model and the Truss-arch model, Modified Deformation Coordination Truss-arch (M.D.C.T.) model was proposed. Compared with the shear capacity from YB9038-2006 and JGJ138-2016, the calculation results from M.D.C.T. model could provide reasonable predictions.
The present paper reviews the shear design (of reinforced concrete beam) provisions of four different national codes and proposes a new but simplified shear strength empirical expression, incorporating variables such as compressive strength of concrete, percentage of longitudinal and vertical steel/s, depth of beam in terms of shear span-to-depth ratio, for reinforced concrete (RC) beams without shear reinforcement. The expression is based on the experimental investigation on RC beams without shear reinforcement. Further, the comparisons of shear design provisions of four National codes viz.: (i) IS 456-2000, (iii) BS 8110-1997, (iv) ACI 318-2002 (v) EuroCode-2-2002 and the proposed expression for the prediction of shear capacity of normal beam/s, have been made by solving a numerical example. The results of the numerical example worked out suggest that there is need for revision in the shear design procedure of different codes. Also, the proposed expression is less conservative among the IS, BS & Eurocode.
Although the effect of corrosion of reinforcing bar on the shear behavior of the reinforced concrete (RC) beam had been simulated by tests of the beam with unbonded, half-exposed or whole-exposed tensile steel reinforcements as well as defective stirrup anchorages, theoretical methods to accurately predict remaining capacity of this kind of RC beams, especially shear capacity, are still lacking. Considering the possible position of the critical inclined crack, the actual pattern of strains in the concrete body within the partial length and the proposed compatibility condition of deformations of the RC beam, shear strength of the RC beam with unbonded or exposed tensile steel reinforcements and/or defective stirrup anchorages is predicted. Comparison between the model's predictions with the experimental results published in the literature shows the practicability of the proposed model. Influence of the length of unbonded or exposed tensile steel reinforcements and the percentage of stirrups lacked end anchorages on the shear strength of the RC beam is discussed. It is concluded that, the shear strength of the RC beam with unbonded or exposed tensile steel reinforcements and/or defective stirrup anchorages is greatly influenced by the length of unbonded or exposed tensile steel reinforcements and the percentage of stirrups lacked end anchorages, this influence can be adverse, insignificant or even favourable, dependent on the given parameters of the corresponding normal bonded RC beam.
The paper presents shear lag parameters for beam-to-column connections in steel box piers. Previous researches have analyzed beam-to-column connections in steel piers using a shear lag parameter ${\eta}_o$ obtained from a simple beam model, which is not based on a reasonable design assumption. Instead, the current paper proposes a cantilever beam model and has proved the effectiveness through theoretical and experimental studies. The paper examines the inaccuracy of the previous researches by estimating the effective width, the width-span length ratio L/b, and the sectional area ratio S of a cantilever beam. Two different shear lag parameters are defined using the cantilever model and the results are compared each other. The first type of shear lag parameter ${\eta}_c$ of a cantilever beam is derived using additional moments from various stress distribution functions while the other shear lag parameter ${\eta}_{eff}$ of a cantilever beam is defined based on the concept of the effective width. An evaluation method for shear lag stresses has been investigated by comparing analytical stresses with test results. Through the study, it could be observed that the shear lag parameter ${\eta}_{eff}$ agrees with ${\eta}_c$ obtained from the $2^{nd}$ order stress distribution function. Also, it could be observed that the shear lag parameter ${\eta}_c$ using the $4^{th}$ order stress distribution function almost converges to the upper bound of test results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.481-486
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2002
A precast concrete beam which is larger than the limits of domestic transportation regulation in weight, length, and volume is divided into three parts, transported separately, and erected with a composite beam by post-tensioning in site. Shear tests are performed on the post-tensioned composite segmental beam models with 1/2 scale. The jacking force and the ratio of area of shear key to beam section are major experimental variables. Nine shear strength are resulted from the tests with two variables. Rational equation for estimation of shear strength are obtained from the regression analysis on test results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.35-42
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2002
In this paper, effective analysis of beam is studied using the RKPM in meshless methods. So, RKPM is extended for solving moderately thick and thin beam. General Timoshenko beam theory is used for formulation. Shear locking is the main difficulty in analysis of beam structures. The shear relaxation factor and corrected shear rigidity are introduced to overcome shear locking. Analysis results obtained reveal that RKPM using introduced methods Is free of locking and very effectively applicable to deeply as well as shallowly beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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