An experimental and numerical research was conducted to gain a deeper insight on the structural behaviour of deep-beams with indirect supports and to assess the size effects in the ultimate state behaviour. The experimental campaign focused on the influence of the reinforcement tie distribution height on the compression check of the support region and on the benefits of using unbonded prestressing steel. Three reduced scale specimens were tested and used to validate the results obtained with a nonlinear finite element model. As a good agreement could be found between the numerical and the experimental results, the numerical model was then further used to perform simulations in large scale deep-beams, with dimensions similar to the ones to be adopted in a practical case. Two sources of size effects were identified from the simulation results. Both sources are related to the concrete quasi-brittle behaviour and are responsible for increasing failure brittleness with increasing structural size. While in the laboratory models failure occurred both in the experimental tests as well as in the numerical simulations after reinforcement yielding, the numerically analysed large scale models exhibited shear failures with reinforcement still operating in the elastic range.
In this paper, a nonlinear finite element procedure is presented for the analysis of reinforced concrete shell structures. The 4-node quadrilateral flat shell finite element with drilling rotational stiffness is developed. The layered approach is used to discretize behavior of concrete and reinforcement through the thickness. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The smeared crack approach is incorporated. The steel reinforcement is assumed to be in a uniaxial stress state and to be a smeared in a layer. The proposed numerical method for nonlinear analysis of reinforce concrete shells will be verified by comparison with reliable experimental results.
This paper experimentally studies the cyclic behavior of hybrid connections between steel coupling beams and concrete shear walls with embedded steel columns. Four beam-to-wall connection specimens with short and long embedded steel columns are tested under monotonic and cyclic loads, respectively. The influence of embedment length of columns on the failure mode and performance of connections is investigated. The results show that the length of embedded steel columns has significant effect on the failure mode of connections. A connection with a long embedded column has a better stiffness, load-bearing capacity and ductility than that of a short embedded column. The former fails due to the shear yielding of column web in the joint panel, while failure of the latter is initiated by the yielding of horizontal reinforcement in the wall due to the rigid rotation of the column. It is recommended that embedded steel columns should be placed along the entire height of shear walls to facilitate construction and enhance the ductility.
Shear walls are a typical member under a complex stress state and have complicated mechanical properties and failure modes. The separated-elements model Genetic Evolutionary Structural Optimization (GESO), which is a combination of an elastic-plastic stress method and an optimization method, has been introduced in the literature for designing such members. Although the separated-elements model GESO method is well recognized due to its stability, feasibility, and economy, its adequacy has not been experimentally verified. This paper seeks to validate the adequacy of the separated-elements model GESO method against experimental data and demonstrate its feasibility and advantages over the traditional elastic stress method. Two types of reinforced concrete shear wall specimens, which had the location of an opening in the middle bottom and the center region, respectively, were utilized for this study. For each type, two specimens were designed using the separated-elements model GESO method and elastic stress method, respectively. All specimens were subjected to a constant vertical load and an incremental lateral load until failure. Test results indicated that the ultimate bearing capacity, failure modes, and main crack types of the shear walls designed using the two methods were similar, but the ductility indexes including the stiffness degradation, deformability, reinforcement yielding, and crack development of the specimens designed using the separated-elements model GESO method were superior to those using the elastic stress method. Additionally, the shear walls designed using the separated-elements model GESO method, had a reinforcement layout which could closely resist the actual critical stress, and thus a reduced amount of steel bars were required for such shear walls.
The behavior of shear crack is investigated analytically to get a better understanding of the fundamental natura of shear failure mechanism in reinforced concrete beams. Emphasis is placed on the exploration of the major cause of the initiation and the propagation of an inclined shear crack in reinforced concrete beams without web reinforcement. By utilizing a finite element method incorporated into a fracture mechanics, the quantitative reponse of reinforced concrete beams with varying amounts of cracking is examined. Progressions of the cracks are simulated. The analysis gives the information of the state of the stresses at various cracking stages. The results are compared with the experimental results.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.6
no.1
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pp.19-29
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2012
In this study, three isolated interior flat slab-column connections that include three types of shear reinforcement details; stirrup, shear stud and shear band were tested under reversed cyclic lateral loading to observe the capacity of slab-column connections. These reinforced joints are 2/3 scale miniatures designed to have identical punching capacities. These experiments showed that the flexural failure mode appears in most specimens while the maximum unbalanced moment and energy absorbing capacity increases effectively, with the exception of an unreinforced standard specimen. Finally, the results of the experiments, as wel l as those of experiments previously carried out by researchers, are applied to the eccentricity shear stress model presented in ACI 318-08. The failure mode is therefore defined in this study by considering the upper limits for punching shear and unbalanced moment. In addition, an intensity factor is proposed for effective widths of slabs that carry an unbalanced moment delivered by bending.
Piers are the main lateral force-resisting members of high-speed railway (HSR) bridges used in China and are characterized by low axial load ratios, low longitudinal reinforcement ratios, low stirrup ratios, and high shear span ratios. It is well known that flexural, flexural-shear, and shear failures of piers may occur during an earthquake. In this study, a new shear strength model was developed to simulate the seismic failure of HSR solid piers accurately. First, low cyclic-loading test data of solid piers obtained in recent years were collected to set up a database for model verification. Second, based on the test database, the applicability of existing shear strength models was evaluated. Finally, a new shear strength model for HSR solid piers with round-ended cross-sections was derived based on the truss model and ultimate equilibrium theory. In comparison with existing models, it was demonstrated that the proposed model could be used to predict the shear strength of HSR piers more accurately.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.4
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pp.400-413
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2016
The horizontal shear capacity when the flange of a steel girder is replaced with 80 MPa concrete is important for its structural safety. In this study, 6 specimens with different interface conditions were designed and fabricated based on the Limit State Design Code on Korean Highway Bridges and static tests were performed to measure the horizontal shear capacity. Not only the resistance factors of the stud shear connector, concrete and reinforcement, but also the surface conditions of the casing concrete and spacing of the horizontal shear reinforcements were used as the experimental variables. The experiments showed that the interfaces between the steel girder and the concrete flange have stronger joint performance than those between the concrete flange and deck slab. To ensure the composite action in the plastic zone, the conservative horizontal shear reinforcement is more important than the roughness in the concrete face.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.5
no.4
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pp.19-30
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2002
The stability of slope using root-pile like to the reinforcements is affected by the interaction behavior mechanism of soil-reinforcements. Through the studying on the interaction in joint of its, therefore, the control roles can be find out in installed slope. In study, the stress level ratio based on the insert angle of installed reinforcements in soil used to numerical analysis, which was results from the duty direct shear test in Lab. The maximum shear strain variation on the reinforcements was observed at insert angle, which was approximately similar to the calculated angle based on the equation proposed by the Jewell. The elasto-plastic joint model on the contact area of soil-reinforcements was presumed, the reinforced soil assumed non-linear elastic model and the reinforcements supposed elastic model, respectively. The finite element analysis of assumed models was performed. The shear strain variation of non-reinforced state obtained by the FEM analysis including elasto-plastic joint elements were shown the rationality of general limit equilibrium analysis for the slope failure mode on driving zone and resistance zone, which based on the stress level step according to failure ratio. Through the variation of shear strain for the variation of inserting angle of reinforcements, the different mechanism on the bending and the shear resistance of reinforcements was shown fair possibility.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.3
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pp.58-69
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1996
In recent years, the research and development about the new material proceeds rapidly and actively. In building industry, high strength concrete is of interest as a new material. Since the building structure becomes bigger, higher and more specialized, the demand of material and member with high strength expands greatly. Therefore in this experiment, cement complex with high strength was made using the condensed silica fume, a basic experiment was performed on strength property, and optimum-mixture-state was determined for manufacturing a high-strength concrete. Shear behaviour and fracture property of concrete beams with high strength were evaluated. On the whole, in spite of many researches, it is one of the difficult problems that shear fracture of concrete beams has not yet been clearly understood theoretically, and now the shear-design-standard forms in many countries are a formula based on experiment. In this study, the variable of shear behavior experiment was shear-reinforcement-ratio. By analyzing test results and comparing with computation value by ACI code, the basic data was offered on shear design of reinforced concrete beams with high strength. The effect of epoxy repair was also investigated for the beams with cracks due to flexural and shear loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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