Strut-and-tie modeling method, which evolved on truss-model approach, has generally been preferred for the design of complex reinforced concrete structures and structural elements that have critical shear behavior. Some structural members having disturbed regions require exceptional detailing for all support and loading conditions, such as the beam-column connections, deep beams, short columns or corbels. Considering the general expectation of exhibiting brittle behavior, corbels are somewhat dissimilar to other shear critical structures. In this study, reinforcement layout of a corbel model was determined by the participation of structural optimization and strut-and-tie modeling methods, and an experimental comparison was performed against a conventionally designed model.
A shear experiment of one-way monotonic loading was carried out with the shear span ratio as the main experimental variable for reinforced concrete beam. Using the finite element analysis as the experimental analysis tool and the analysis method to compute the shear resistance of small shear span ratio, a new macro-model composed of crooked main strut and sub strut is proposed in consideration of the effect of bond action between re-bar and concrete based on the experimental result. The experimental finding affirmed the validity of the proposed macro-model when the shear span ratio was at or below 0.75 and confirmed that the experimental result was the most consistent with the computed analysis result when the effective factor of concrete compressive strength was set at 0.75.
We can reuse the portion of simple reclamation and the construction by-products. Until now, we have discarded concrete by simply throwing away or dumping in underground. Therefore, we attempted to propose the technical directions for the reuse of waste concrete as the recycled concrete aggregates and concrete structural materials. As a testing result, It is reasonable that standards are substitution of recycled aggregates under 30%, maximum steel ratio, under 70% of balanced steel ratio, under shear span ratio 0.2 for deep beam criteria for safety and Zsutty's equation is reasonable for estimation of factored shear strength
Haeri, Hadi;Sarfarazi, V.;Zhu, Zheming;Hokmabadi, N. Nohekhan;Moshrefifar, MR.;Hedayat, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.2
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pp.221-230
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2019
In this paper, shear behavior of non-persistent joint surrounded in concrete and gypsum layers has been investigated using experimental test and numerical simulation. Two types of mixture were prepared for this study. The first type consists of water and gypsum that were mixed with a ratio of water/gypsum of 0.6. The second type of mixture, water, sand and cement were mixed with a ratio of 27%, 33% and 40% by weight. Shear behavior of a non-persistent joint embedded in these specimens is studied. Physical models consisting of two edge concrete layers with dimensions of 160 mm by 130 mm by 60 mm and one internal gypsum layer with the dimension of 16 mm by 13 mm by 6 mm were made. Two horizontal edge joints were embedded in concrete beams and one angled joint was created in gypsum layer. Several analyses with joints with angles of $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, and $60^{\circ}$ degree were conducted. The central fault places in 3 different positions. Along the edge joints, 1.5 cm vertically far from the edge joint face and 3 cm vertically far from the edge joint face. All samples were tested in compression using a universal loading machine and the shear load was induced because of the specimen geometry. Concurrent with the experiments, the extended finite element method (XFEM) was employed to analyze the fracture processes occurring in a non-persistent joint embedded in concrete and gypsum layers using Abaqus, a finite element software platform. The failure pattern of non-persistent cracks (faults) was found to be affected mostly by the central crack and its configuration and the shear strength was found to be related to the failure pattern. Comparison between experimental and corresponding numerical results showed a great agreement. XFEM was found as a capable tool for investigating the fracturing mechanism of rock specimens with non-persistent joint.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.621-637
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2006
Although the approaches implementing strut-tie models are the valuable tools for designing discontinuity regions of structural concrete, the approaches of the current design codes have to be improved for the design of structural concrete subjected to complex loading and geometrical conditions because of the uncertainties in the selection of strut-tie model, in the use of an indeterminate strut-tie model, and in the effective strengths of struts and nodal zones. To improve the uncertainties, a grid struttie model approach is proposed in this study. The proposed approach, allowing to perform a consistent and effective design of structural concrete, employs an initial grid strut-tie model in which various load combinations can be considered. In addition, the approach performs an automatic selection of an optimal strut-tie model by evaluating the capacities of struts and ties using a simple optimization algorithm. The validity and effectiveness of the proposed approach is verified by conducting the analysis of the four reinforced concrete deep beams tested to failure and the design of shearwalls with two openings.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2010.04a
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pp.734-737
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2010
이 연구에서는 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 비선형해석을 위한 전산플랫폼을 개발하였다. 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단거동을 정확하게 파악하고 합리적이면서 경제적인 설계기준의 개발을 위한 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 사용된 부착 또는 비부착 텐던요소는 유한요소법에 근거하며 프리스트레스트 콘크리트 부재의 콘크리트와 텐던의 상호작용을 구현할 수 있다. 이 연구에서는 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단거동을 파악하기 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험 결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.
Kim, Jae Young;Kim, Yong Nam;Seo, Min Jung;Kim, Beom Jin;Kim, Sung Jig;Lee, Kihak
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.3
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pp.129-139
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2024
In this study, the SBC system, a new mechanical joint method, was developed to improve the constructability of precast concrete (PC) beam-column connections. The reliability of the finite element analysis model was verified through the comparison of experimental results and FEM analysis results. Recently, the intermediate moment frame, a seismic force resistance system, has served as a ramen structure that resists seismic force through beams and columns and has few load-bearing walls, so it is increasingly being applied to PC warehouses and PC factories with high loads and long spans. However, looking at the existing PC beam-column anchorage details, the wire, strand, and lower main bar are overlapped with the anchorage rebar at the end, so they do not satisfy the joint and anchorage requirements for reinforcing bars (KDS 41 17 00 9.3). Therefore, a mechanical joint method (SBC) was developed to meet the relevant standards and improve constructability. Tensile and bending experiments were conducted to examine structural performance, and a finite element analysis model was created. The load-displacement curve and failure pattern confirmed that both the experimental and analysis results were similar, and it was verified that a reliable finite element analysis model was built. In addition, bending tests showed that the larger the thickness of the bolt joint surface of the SBC, the better its structural performance. It was also determined that the system could improve energy dissipation ability and ductility through buckling and yielding occurring in the SBC.
Currently, social demands for long span building structures are increasing due to architectural planning purposes and economic efficiency. As a result, lighter board-type voiding materials were suggested. With the use of board-type voiding materials, a slab is able to become light weight and convenient. This process efficiently eliminates concrete where it is not required; considerably diminishing dead weight while maintaining the flexural strength of the slab. The reduction in concrete also allows for overall cost reductions and design flexibility. Also it can be ease with fixing the voided material that is composed of one body form. Although board-type voiding materials are ideal, the top and bottom concrete plates lack integrity. Because of this, test results show horizontal cracking towards the tops and bottoms of the concrete columns, or webs, connecting the slabs. The key to correcting this problem is to increase the shear strength. In order to increase the shear strength of the structure, horizontal shear area must increase. R70(100)-D-F has the largest horizontal shear area as it also shows stronger strength. As a result, shear strength ($V_{nh}$) is dependent on the horizontal shear area (N). $V_{nh}={\alpha}{\times}0.16{\sqrt{f_{ck}}}{\frac{{\pi}D^2}{4}}{\times}N({\alpha}=1.8125)$. The web columns have a shear span to depth ratio (a/d) that is less than 2; which classifies it as a deep beam. In this case, however, the shear strength of the deep beams may be as much as 2 to 3 times greater than that predicated conventional equations developed for members of normal proportions. As a result, ${\alpha}$ is suggested as an extra coefficient in the equation for shear strength ($V_{nh}$).
A method of calculating the natural frequency corresponding to the first mode of vibration of beams and tower structures, with irregular cross sections and with arbitrary boundary conditions was developed and reported by Kim, D. H. in 1974. In this paper, the result of application of this method to the special orthotropic plates on elastic foundation with free boundaries is presented. Such plates represent the concrete highway slab and hybrid composite pavement on bridges. Any method may be used to obtain the deflection influence surfaces needed for this vibration analysis. Finite difference method is used for this purpose, in this paper. The influence of the modulus of the foundation and the aspect ratio of the plate on the natural frequency is thoroughly studied. The effect of neglecting the mass of the plates on the natural frequency, as the ratio of the point mass/masses to the plate mass increases, is also studied, in deep.
This paper studied the effect of soil-structure interaction (SSI) on the seismic response and retrofit of a reinforced concrete structure with a soft-first story for different soil types. A 5-story structure built on a 30m deep homogeneous soil mass was considered as a case study structure, and steel column jacketing and steel bracing were chosen as seismic retrofit methods. Seismic responses of a fixed-base and a flexible base structure subjected to seven scaled earthquake records were obtained using the software OpenSees to investigate the effect of soil on seismic response and retrofit. The nonlinearBeamColumn elements with the fiber sections were used to simulate the nonlinear behavior of the beams and columns. Soil properties were defined based on shear wave velocity according to categorized site classes defined in ASCE-7. The finite element model of the soil was made using isoparametric four-noded quadrilateral elements and the nonlinear dynamic responses of the combined system of soil and structure were calculated in the OpenSees. The analysis results indicate that the soil-structure interaction plays an important role in the seismic performance and retrofit of a structure with a soft-first story. It was observed that column steel jacketing was effective in the retrofit of the model structure on a fixed base, whereas stronger retrofit measures such as steel bracing were needed when soil-structure interaction was considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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