Machine learning technique is recently opening new opportunities to identify the complex shear transfer mechanisms of reinforced concrete (RC) beam members. This study employed 1224 shear test specimens to train decision tree-based machine learning (ML) programs, by which strong correlations between shear capacity of RC beams and key input parameters were affirmed. In addition, shear contributions of concrete and shear reinforcement (the so-called Vc and Vs) were identified by establishing three independent ML models trained under different strategies with various combinations of datasets. Detailed parametric studies were then conducted by utilizing the well-trained ML models. It appeared that the presence of shear reinforcement can make the predicted shear contribution from concrete in RC beams larger than the pure shear contribution of concrete due to the intervention effect between shear reinforcement and concrete. On the other hand, the size effect also brought a significant impact on the shear contribution of concrete (Vc), whereas, the addition of shear reinforcements can effectively mitigate the size effect. It was also found that concrete tends to be the primary source of shear resistance when shear span-depth ratio a/d<1.0 while shear reinforcements become the primary source of shear resistance when a/d>2.0.
The static behavior of grouped large-headed studs (d = 30 mm) embedded in ultra-high performance concrete (UHPC) was investigated by conducting push-out tests and numerical analysis. In the push-out test, no splitting cracks were found in the UHPC slab, and the shank failure control the shear capacity, indicating the large-headed stud matches well with the mechanical properties of UHPC. Besides, it is found that the shear resistance of the stud embedded in UHPC is 11.4% higher than that embedded in normal strength concrete, indicating that the shear resistance was improved. Regarding the numerical analysis, the parametric study was conducted to investigate the influence of the concrete strength, aspect ratio of stud, stud diameter, and the spacing of stud in the direction of shear force on the shear performance of the large-headed stud. It is found that the stud diameter and stud spacing have an obvious influence on the shear resistance. Based on the test and numerical analysis results, a formula was established to predict the load-slip relationship. The comparison indicates that the predicted results agree well with the test results. To accurately predict the shear resistance of the stud embedded in UHPC, a design equation for shear strength is proposed. The ratio of the calculation results to the test results is 0.99.
Gluhovic, Nina;Markovic, Zlatko;Spremic, Milan;Pavlovic, Marko
Steel and Composite Structures
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v.36
no.4
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pp.369-381
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2020
Nowadays, in prefabricated composite construction, composite action between steel beam and concrete slab is often achieved with positioning of shear connectors in envisaged openings of concrete slabs. Prefabricated concrete slabs are used for composite steel-concrete buildings and bridges, both for the construction of new structures and for renovation of existing ones, significantly reducing construction time. Development of different types of shear connectors represent alternative solution to the traditionally used headed studs, considering their shear resistance, stiffness and ductility. New types of shear connectors tend to reduce the construction time and overall construction cost. Mechanically fastened shear connectors represent a viable alternative to headed studs, considering their fast installation process and shear resistance. X-HVB shear connectors are attached to the steel beam with two cartridge fired pins. The first step towards extensive implementation of X-HVB shear connectors in composite construction is to understand their behaviour through experimental investigation. Results of the push-out tests, in accordance to Eurocode 4, with X-HVB 110 shear connectors positioned in envisaged openings of prefabricated concrete slabs are presented in this paper. The experimental investigation comprised three different specimen's layout. Group arrangement of X-HVB shear connectors in envisaged openings included specimens with minimal recommended distances and specimens with reduced distances between connectors in both directions. Influence of different installation procedures on overall behaviour of the connection is presented, as well as the orientation of shear connectors relative to the shear force direction. Influence of variations is characterized in terms of failure mechanisms, shear resistance and ductility.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.873-878
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2001
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 research was prompted by the paucity of specific code provisions regarding the design of short columns for shear. The purpose of this paper was to investigate whether the use of the normal shear design procedure of various codes may or may not be applied to reliably calculate the shear strength of short columns. Provisions of the codes American ACI 318M-08, Canadian CSA A23.3-04, Japanese AIJ Guidelines, New Zealand NZS 3101, European EN 1998 (EC8) parts 1 and 3, combined with EN 1992-1-1 (EC2), and draft fib Model Code 2010, as well as a strut-and-tie model are applied on short columns tested under cyclic loading that failed in shear. Actual shear resistances are compared to predictions, and the resulting shortcomings of the codes are identified. EN1998-3 appears to be the only code among those considered that may be reliably applied to estimate the shear resistance of short columns. Further, the proposed strut-and tie model can be a useful tool for the detailed design and assessment of short columns.
This paper studies shear and tensile behaviors of headed stud connectors in double skin composite (DSC) structure. Firstly, 11 push-out tests and 11 tensile tests were performed to investigate the ultimate shear and tensile behaviors of headed stud in DSC shear wall, respectively. The main parameters investigated in this test program were height and layout of headed stud connectors. The test results reported the representative failure modes of headed studs in DSC structures subjected to shear and tension. The shear-slip and tension-elongation behaviors of headed studs in DSC structures were also reported. Influences of different parameters on these shear-slip and tension-elongation behaviors of headed studs were discussed and analyzed. Analytical models were also developed to predict the ultimate shear and tensile resistances of headed stud connectors in DSC shear walls. The developed analytical model incorporated the influence of the dense layout of headed studs in DSC shear walls. The validations of analytical predictions against 22 test results confirmed the accuracy of developed analytical models.
The code static eccentricity model for elastic torsional design of structures has two critical shortcomings: (1) the negation of the inertial torsional moment at the center of mass (CM), particularly for torsionally-unbalanced (TU) building structures, and (2) the confusion caused by the discrepancy in the definition of the design eccentricity in codes and the resistance eccentricity commonly used by engineers such as in FEMA454. To overcome these shortcomings, using the resistance eccentricity model that can accommodate the inertial torsional moment at the CM, interactive relations between shear and torsion are proposed as follows: (1) elastic responses of structures at instants of peak edge-frame drifts are given as functions of resistance eccentricity, and (2) elastic hysteretic relationships between shear and torsion in forces and deformations are bounded by ellipsoids constructed using two adjacent dominant modes. Comparison of demands estimated using these two interactive relations with those from shake-table tests of two TU building structures (a 1:5-scale five-story reinforced concrete (RC) building model and a 1:12-scale 17-story RC building model) under the service level earthquake (SLE) show that these relations match experimental results of models reasonably well. Concepts proposed in this study enable engineers to not only visualize the overall picture of torsional behavior including the relationship between shear and torsion with the range of forces and deformations, but also pinpoint easily the information about critical responses of structures such as the maximum edge-frame drifts and the corresponding shear force and torsion moment with the eccentricity.
Steel-concrete composite slabs with profiled steel sheeting are widely used in the execution of floors in steel and composite buildings. The rapid construction process, the elimination of conventional replaceable shuttering and the reduction of temporary support are, in general, considered the main advantages of this structural system. In slabs with the spans currently used, the longitudinal shear resistance commonly provided by the embossments along the steel sheet tends to be the governing design mode. This paper presents an innovative reinforcing system that increases the longitudinal shear capacity of composite slabs. The system is constituted by a set of transversal reinforcing bars crossing longitudinal stiffeners executed along the upper flanges of the steel sheet profiles. This type of reinforcement takes advantage of the high bending resistance of the composite slabs and increases the slab's ductility. Two experimental programmes were carried out: a small-scale test programme - to study the resistance provided by the reinforcing system in detail - and a full-scale test programme to test simply supported and continuous composite slabs - to assess the efficacy of the proposed reinforcing system on the global behaviour of the slabs. Based on the results of the small-scale tests, an equation to predict the resistance provided by the proposed reinforcing system was established. The present study concludes that the resistance and the ductility of composite slabs using the reinforcing system proposed here are significantly increased.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.897-902
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2002
The failure of flat plate connection is successive failure process accompanying with stress redistribution, hence it is necessary to compute the contributions of each resistance components at ultimate state. In the present study, the interactions of resultant forces at each faces of connection, i.e. shear, bending moment and torsional moment are considered in the assessment of strength of slab. As a result the strength prediction model for connection is made up as combination of bending resistance, shear resistance and torsional resistance. The proposed method is verified by the experimental data and numerical data of continuous slabs.
Kim, Tae-Hyup;Park, Jun-Myung;Hong, Sung-Nam;Park, Sun-Kyu;Kim, Hyeong-Yeol
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.19
no.3
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pp.275-281
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2007
Recently, steel-concrete composite structures are widely used in bridge and building constructions. In this paper, a new type of steel-concrete composite deck with profiled steel sheeting is proposed to replace the conventional cast-in-place reinforced concrete deck. Perfobond rib shear connectors were utilized to provide horizontal shear resistance between the profiled sheeting and the concrete. To validate the effectiveness of the proposed deck system, 8 full-scale deck specimens for PSC girder bridge were fabricated. The specimens were tested with four different shear span lengths to determine the horizontal shear resistance of the deck under a static monotonic loading. For comparison purpose, two reinforced concrete decks were also fabricated and tested. The horizontal shear resistance of the proposed deck system was calculated using the m-k method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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