An outline of the Timoshenko beam theory is presented. Two differential equations of motion in terms of deflection and rotation are comprised into single equation with deflection and analytical solutions of natural vibrations for different boundary conditions are given. Double frequency phenomenon for simply supported beam is investigated. The Timoshenko beam theory is modified by decomposition of total deflection into pure bending deflection and shear deflection, and total rotation into bending rotation and axial shear angle. The governing equations are condensed into two independent equations of motion, one for flexural and another for axial shear vibrations. Flexural vibrations of a simply supported, clamped and free beam are analysed by both theories and the same natural frequencies are obtained. That fact is proved in an analytical way. Axial shear vibrations are analogous to stretching vibrations on an axial elastic support, resulting in an additional response spectrum, as a novelty. Relationship between parameters in beam response functions of all type of vibrations is analysed.
In general, the laminated rubber bearing (LRB), a composite structure laminated with the elastic rubber and steel plates, has a complex hysteretic nonlinear characteristics in relationships between the restoring force and shear deflection. The representative nonlinear characteristics of LRB include the change of hysteresis loop with cyclic shear deflections and the hardening effects at large shear deflection regions. Changes of the hysteresis loop of LRB with cyclic shear deflections affect the horizontal stiffness and the damping characteristics. The hardening behavior of LRB in large shear deflection region results in an increased horizontal stiffness and therefore, has a great impacton the seismic responses. In this paper, the seismic response analysis is carried out using the modified hysteretic bi-linear model of LRB, which takes into account the hysteresis loop change and the hardening behavior with cyclic shear deflection. The results on seismic responses are compared with those obtained using the widely used hysteretic hi-linear model. The new model is found to reveal the greater amount of peak acceleration response.
A simplified method, developed from the softened strut-and-tie model, for determining the mid-span deflection of deep beams at ultimate state is proposed. The mid-span deflection and shear strength predictions of the proposed model are compared with the experimental data collected from 70 simply supported reinforced concrete deep beams, loaded with concentrated loads located at a distance a from an end reaction. The comparison shows that the proposed model can accurately predict the mid-span deflection and shear strength of deep beams with different shear span-to-depth ratios, different concrete strengths, and different horizontal and vertical hoops.
This study presents a model to better understand the shear behavior of reinforced concrete walls subjected to lateral load. The scope of the study is limited to squat walls with height to length ratios not exceeding two, deformed in a double-curvature shape. This study is based on limited knowledge of the shear behavior of low-rise shear walls subjected to double-curvature bending. In this study, the wall ultimate strength is defined as the smaller of flexural and shear strengths. The flexural strength is calculated using a strength-of-material analysis, and the shear strength is predicted according to the softened strut-and-tie model. The corresponding lateral deflection of the walls is estimated by superposition of its flexibility sources of bending, shear and slip. The calculated results of the proposed procedure correlate reasonably well with previously reported experimental results.
This paper investigates the deflection of the steel-concrete composite truss beam (SCCTB) at the serviceability limit state. A precise solution for the distributed uplift force of the SCCTB, considering five different loading types, is first derived based on the differential and equilibrium equations. Furthermore, its approximate solution is proposed for practical applications. Subsequently, the shear slip effect corresponding to the shear stiffness of the stub connectors, uplift effect corresponding to the axial stiffness of the stub connectors and shear effect corresponding to the brace deformation of the steel truss are considered in the derivation of deflection. Formulae for estimating the SCCTB deflection are proposed. Moreover, based on the proposed formulae, a practical design method is developed to provide an effective and convenient tool for designers to estimate the SCCTB deflection. Flexure tests are carried out on three SCCTBs. It is observed that the SCCTB stiffness and ultimate load increase with an increase in the shear interaction factor. Finally, the reliability of the practical design method is accurately verified based on the available experimental results.
The shear lag has been studied for many years. Nevertheless, existing research gives a variety of stress concentration factors. Unlike the elementary beam theory, the application of load is not unique in reality. For example, concentrated load can be applied as point load or distributed load along the height of the web. This non-uniqueness may be a reason for the discrepancy of the stress concentration factors in the existing studies. The finite element method has been often employed for studying the effect of the shear lag. However, not many researches have taken into account the influence of the finite element mesh on the shear lag phenomenon, although stress concentration can be quite sensitive to the mesh employed in the finite element analysis. This may be another source for the discrepancy of the stress concentration factors. It also needs to be noted that much less studies seem to have been conducted for the shear lag effect on deflection while some design codes have formulas. The present study investigates the shear lag effect in a simply supported box girder by the three-dimensional finite element method using shell elements. The whole girder is modeled by shell elements, and extensive parametric study with respect to the geometry of a box girder is carried out. Not only stress concentration but also deflection is computed. The effect of the way load is applied and the dependency of finite element mesh on the shear lag are carefully treated. Based on the numerical results thus obtained, empirical formulas are proposed to compute stress concentration and deflection that includes the shear lag effect.
This paper presents a theoretical analysis for determining the transverse deflection of simply supported battened beams subjected to a uniformly distributed transverse quasi-static load. The analysis considers not only the shear effect but also the discrete effect of battens on the transverse deflection of the battened beam. The analytical solution is obtained using the principle of minimum potential energy. Numerical validation of the present analytical solution is accomplished using finite element methods. The present analytical solution shows that the shear effect on the transverse deflection of battened beams increases with the cross-section area of the main member but decreases with the cross-section area of the batten. The longer the battened beam is, or the larger the moment of inertia of the main member is, the smaller the shear effect will be.
Mansouri, Iman;Arabzadeh, Ali;Farzampour, Alireza;Hu, Jong Wan
Steel and Composite Structures
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v.37
no.1
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pp.91-98
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2020
Steel plate shear walls are recently used as efficient seismic lateral resisting systems. These lateral resistant structures are implemented to provide more strength, stiffness and ductility in limited space areas. In this study, the seismic behavior of the multi-story steel frames with steel plate shear walls are investigated for buildings with 4, 8, 12 and 16 stories using verified computational modeling platforms. Different number of steel moment bays with distinctive lengths are investigated to effectively determine the deflection amplification factor for low-rise and high-rise structures. Results showed that the dissipated energy in moment frames with steel plates are significantly related to the inside panel. It is shown that more than 50% of the dissipated energy under various ground motions is dissipated by the panel itself, and increasing the steel plate length leads to higher energy dissipation capability. The deflection amplification factor is studied in details for various verified parametric cases, and it is concluded that for a typical multi-story moment frame with steel plate shear walls, the amplification factor is 4.93 which is less than the recommended conservative values in the design codes. It is shown that the deflection amplification factor decreases if the height of the building increases, for which the frames with more than six stories would have less recommended deflection amplification factor. In addition, increasing the number of bays or decreasing the steel plate shear wall length leads to a reduction of the deflection amplification factor.
In this study the finite element method is utilized to predict the deflection and vibration characteristics of rectangular plates made of saturated porous functionally graded materials (PFGM) within the framework of the third order shear deformation plate theory. Material properties of PFGM plate are supposed to vary continuously along the thickness direction according to the power-law form and the porous plate is assumed of the form where pores are saturated with fluid. Various edge conditions of the plate are analyzed. The governing equations of motion are derived through energy method, using calculus of variations while the finite element model is derived based on the constitutive equation of the porous material. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling and finite element approach can provide accurate deflection and frequency results of the PFGM plates as compared to the previously published results in literature. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as porosity volume fraction, material distribution profile, mode number and boundary conditions on the natural frequencies and deflection of the PFGM plates in detail. It is explicitly shown that the deflection and vibration behaviour of porous FGM plates are significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FGM plates with porosity phases.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.4
no.1
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pp.93-100
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2000
The purpose of this study is to investigate the shear behavior of reinforced concrete beams according to small shear span-depth ratio between a/d=1.5, 2.8, 3.6. In general, shear strength of reinforced concrete beams is dependent on the compressive strength of concrete the longitudinal steel ratio, the shear span-depth ratio and shear reinforcement. The static test was carried out to measure the ultimate load, the initial load of flexural and diagonal cracking, crack patterns, fracture modes. The load versus strain and load versus deflection relations were obtained from the static test. The test results on shear strength were compared with results obtained by the formulas of ACI code 318-95. The shear strength of reinforced concrete beams exceeded those predicted following present ACI code 318-95(11-6).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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