International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.1
no.1
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pp.63-73
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2007
Optimum multi-layered feed-forward neural network (NN) models using a resilient back-propagation algorithm and early stopping technique are built to predict the shear capacity of reinforced concrete deep and slender beams. The input layer neurons represent geometrical and material properties of reinforced concrete beams and the output layer produces the beam shear capacity. Training, validation and testing of the developed neural network have been achieved using 50%, 25%, and 25%, respectively, of a comprehensive database compiled from 631 deep and 549 slender beam specimens. The predictions obtained from the developed neural network models are in much better agreement with test results than those determined from shear provisions of different codes, such as KBCS, ACI 318-05, and EC2. The mean and standard deviation of the ratio between predicted using the neural network models and measured shear capacities are 1.02 and 0.18, respectively, for deep beams, and 1.04 and 0.17, respectively, for slender beams. In addition, the influence of different parameters on the shear capacity of reinforced concrete beams predicted by the developed neural network shows consistent agreement with those experimentally observed.
Deep coupling beams are more prone to suffer brittle shear failure. The addition of steel fibers to seismic members such as coupling beams can improve their shear performance and ductility. Based on the test results of steel fiber reinforced concrete(SFRC) coupling beams with span-to-depth ratio between 1.5 and 2.5 under lateral reverse cyclic load, the shear mechanism were analyzed by using strut-and-tie model theory, and the effects of the span-to-depth ratio, compressive strength and volume fraction of steel fiber on shear strengths were also discussed. A simplified calculation method to predict the shear capacity of SFRC deep coupling beams was proposed. The results show that the shear force is mainly transmitted by a strut-and-tie mechanism composed of three types of inclined concrete struts, vertical reinforcement ties and nodes. The influence of span-to-depth ratio on shear capacity is mainly due to the change of inclination angle of main inclined struts. The increasing of concrete compressive strength or volume fraction of steel fiber can improve the shear capacity of SFRC deep coupling beams mainly by enhancing the bearing capacity of compressive struts or tensile strength of the vertical tie. The proposed calculation method is verified using experimental data, and comparative results show that the prediction values agree well with the test ones.
Vieira, Agno Alves;Melo, Guilherme Sales S.A.;Miranda, Antonio C.O.
Computers and Concrete
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v.26
no.4
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pp.351-365
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2020
This work presents numerical and experimental analyses of the behavior of reinforced-concrete deep beams with unconventional geometries. The main goal here is to experimentally and numerically study these geometries to find possible new behaviors due to the material nonlinearity of reinforced concrete with complex geometries. Usually, unconventional geometries result from innovative designs; in general, studies of reinforced concrete structures are performed only on conventional members such as beams, columns, and labs. To achieve the goal, four reinforced-concrete deep beams with geometries not addressed in the literature were tested. The models were numerically analyzed with the Adaptive Micro Truss Model (AMTM), which is the proposed method, to address new geometries. This work also studied the main parameters of the constitutive model of concrete based on a statistical analysis of the finite element (FE) results. To estimate the ultimate loads, FE simulations were performed using the Monte Carlo method. Based on the obtained ultimate loads, a probabilistic distribution was created, and the final ultimate loads were computed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.847-852
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2000
This paper presents an evaluation of the behavior and strength of two pre-tensioned concrete deep beams tested to failure with using the nonlinear strut-tie model approach. In the approach, the effective prestressing forces represented be equivalent external loads are gradually introduced along its transfer length in the nearest strut-tie model joints, the friction at the interface of main diagonal shear cracks is modeled by diagonal struts along the direction of the cracks in strut tie-model, and additional positioning of concrete ties a the place of steel ties is incorporated. Through the analysis of pre-tensioned concrete deep beams, the nonlinear strut-tie model approach proved to present effective solutions for prediction the essential aspects of the behavior and strength of pre-tensioned concrete deep beams.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.577-582
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2000
This study is aimed to evaluate the shear strength of reinforced concrete deep beams subject to concentrated loads, using a simplified strut-tie model. For the shear strength prediction of deep beams, it is prerequisite to evaluate the effective width of strut and to verify the efficiency factors proposed by MacGregor et al.. The results analyzed by truss models have been compared with those calculated by domestic code for the existing data of 90 deep beam specimens. The shear strength of deep beams were reviewed with respect to concrete strength, the shear span-depth ratio, and the ratio of web reinforcements. The results showed that the shear strength of the proposed model gave a better agreement than the domestic code approach.
Currently, deep beams are designed according to ACT 318-99 equations derived from experimental data for slender beams with normal-strength concrete. In addition, there is relatively limited information on high-strength concrete deep beams with shear reinforcement. The purpose of this experimental study is to investigate the shear behavior of high-strength concrete deep beams and to grasp the conservatism of ACI shear design provisions. Experimental results on the shear behavior of 22 deep beams under two equal symmetrically placed point loads are reported. compressive strength of concrete cylinder was 800kgf/$\textrm{cm}^2$, and main variables were vertical and horizontal shear reinforcement and shear span-to-overall depth ratio (а/h). Test results showed that for high-strength concrete deep beams with shear span-to-overall depth ratio exceeding 0.75, the vertical shear reinforcement more effectively resisted the shear load than horizontal shear reinforcement. In high-strength concrete deep beams, ACI shear design provisions tended to underestimate the effect of strut-tie action and vertical shear reinforcement and overestimate the ones of horizontal shear reinforcement. Based on the experimental results of high-strength concrete deep beams and shear friction theory, this study modified the equations on the shear capacity specified by the ACI provisions.
Chetchotisak, Panatchai;Teerawong, Jaruek;Yindeesuk, Sukit;Song, Junho
Computers and Concrete
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v.14
no.1
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pp.19-40
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2014
Reinforced concrete deep beams are structural beams with low shear span-to-depth ratio, and hence in which the strain distribution is significantly nonlinear and the conventional beam theory is not applicable. A strut-and-tie model is considered one of the most rational and simplest methods available for shear strength prediction and design of deep beams. The strut-and-tie model approach describes the shear failure of a deep beam using diagonal strut and truss mechanism: The diagonal strut mechanism represents compression stress fields that develop in the concrete web between diagonal cracks of the concrete while the truss mechanism accounts for the contributions of the horizontal and vertical web reinforcements. Based on a database of 406 experimental observations, this paper proposes a new strut-and-tie-model for accurate prediction of shear strength of reinforced concrete deep beams, and further improves the model by correcting the bias and quantifying the scatter using a Bayesian parameter estimation method. Seven existing deterministic models from design codes and the literature are compared with the proposed method. Finally, a limit-state design formula and the corresponding reduction factor are developed for the proposed strut-andtie model.
Reinforced concrete (RC) deep beams are structural members that predominantly fail in shear. Therefore, determining the shear strength of these types of beams is very important. The strut-and-tie method is commonly used to design deep beams, and this method has been adopted in many building codes (ACI318-14, Eurocode 2-2004, CSA A23.3-2004). In this study, the efficiency of artificial neural networks (ANNs) in predicting the shear strength of RC deep beams is investigated as a different approach to the strut-and-tie method. An ANN model was developed using experimental data for 214 normal and high-strength concrete deep beams from an existing literature database. Seven different input parameters affecting the shear strength of the RC deep beams were selected to create the ANN structure. Each parameter was arranged as an input vector and a corresponding output vector that includes the shear strength of the RC deep beam. The ANN model was trained and tested using a multi-layered back-propagation method. The most convenient ANN algorithm was determined as trainGDX. Additionally, the results in the existing literature and the accuracy of the strut-and-tie model in ACI318-14 in predicting the shear strength of the RC deep beams were investigated using the same test data. The study shows that the ANN model provides acceptable predictions of the ultimate shear strength of RC deep beams (maximum $R^2{\approx}0.97$). Additionally, the ANN model is shown to provide more accurate predictions of the shear capacity than all the other computed methods in this study. The ACI318-14-STM method was very conservative, as expected. Moreover, the study shows that the proposed ANN model predicts the shear strengths of RC deep beams better than does the strut-and-tie model approaches.
An experimental study was carried out to examine the structural behavior of reinforced concrete deep beams strengthened with aramid fiber sheets, carbon fiber sheets and plates, and to propose the reasonable strengthening method for the deteriorated R.C. deep beams. Results show that the most significant differences in behavior of reinforced concrete deep beams strengthened with fiber sheet and plate were mainly due to various fiber orientations and anchorage. Deep beams diagonally strengthened with carbon fibers show better performance compared with those of vertically, horizontally strengthened specimens and produce the increase in the shear resistance through the redistribution of internal forces after the initial cracks occur. However, strengthened deep beams without anchorages might show unreasonable, brittle peeling-off failure of fiber reinforcements.
The function of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) reinforcement in increasing the ductility of reinforced concrete (RC) deep beam is important in such shear-sensitive RC member. This paper aims to investigate the effect of CFRP-strengthening on the energy absorption of RC deep beams. Six ordinary RC deep beams and six CFRP-strengthened RC deep beams with shear span to the effective depth ratio of 0.75, 1.00, 1.25, 1.50, 1.75, and 2.00 were tested till failure in this research. An empirical relationship was established to obtain the energy absorption of CFRP-strengthened RC deep beams. The shear span to the effective depth ratio and growth of energy absorption of CFRP-strengthened deep beam were the significant factors to establish this relationship.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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