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 purpose of this study is to estimate the contribution of concrete and shear reinforcement, in shear carrying capacity, on concrete beams, reinforced with steel and/or FRP rods. The experimental tests for 12 concrete beams, reinforced with steel and/or FRP rods, are carried out. Experimental parameters includes the mechanical properties of reinforcements in shear and bending, and the ratio of shear reinforcement. This study compares the experimental results of shear carrying capacity in concrete beams, reinforced with steel and/or FRP rods, with the proposed equations. According to the experimental results, the effect of the concrete in concrete beams reinforced with FRP rods is decreased with decreasing Young's modulus of longitudinal tensile reinforcement. This results from the large deflection of concrete beams reinforced with decreasing Young's modulus of longitudinal tensile reinforcement. Also, the contribution of shear reinforcement is smaller than the calculated value, using the truss analogy. This results from the fact that the stress redistribution is not exhibited after the break of shear reinforcement.
In the design of concrete filled composite columns, it is assumed that the load transfer between the steel tube and concrete core has to be achieved by the natural bond. However, it is important to investigate the mechanisms of shear transfer due to the possibility of steel-concrete interface separation. This paper deals with the contribution of headed stud bolt shear connectors and angles to improve the shear resistance of the steel-concrete interface using push-out tests. In order to determine the influence of the shear connectors, altogether three specimens of concrete filled composite column were tested: one without mechanical shear connectors, one with four stud bolt shear connectors and one with four angles. The experimental results showed the mechanisms of shear transfer and also the contribution of the angles and stud bolts to the shear resistance and the force transfer capacity.
This paper reports the experimental results of three through bolt beam-column connections under pure shear forces using modified push-out tests. The investigated specimens include extended end-plates and six through-bolts connecting square concrete-filled steel tubular column (S-CFST) to steel beams. The main goal of this study is to investigate if and how the mechanical shear connectors, such as steel angles and stud bolts, contribute to the shear transfer mechanisms in the steel-concrete interface of the composite column. The contribution of shear studs and steel angles to improve the shear resistance of steel-concrete interface in through-bolt connections was investigated using tests. The results showed that their contribution is not significant when the beam-column connection is included in the push-out tests. The specimens failed by pure shear of the long bolts, and the ultimate load can be predicted using the shear resistance of the bolts under shear forces. The predicted values of load allowed obtaining a good agreement with the tests results.
The primary aim of this study is to introduce an innovative configuration for stirrup hooks in reinforced concrete beams and analyze the impact of factors such as stirrup spacing, placement, and hook lengths on the structural performance of reinforced concrete beam elements. A total of 18 specimens were produced and subjected to reversed cyclic loading, with two specimens serving as reference specimens and the remaining 16 specimens utilizing a specifically developed stirrup hook configuration. The experiment used reinforced concrete beams scaled down to half their original size. These beams were built with a shear span-to-depth ratio of 3 (a/d=3). The experimental samples were divided into two distinct groups. The first group comprises nine test specimens that consider the contribution of concrete to shear strength, while the second group consists of nine test specimens that do not consider this contribution. The preparation of reference beam specimens for both groups involved the utilization of standard hooks. The stirrup hooks in the test specimens are configured with a 90-degree angle positioned at the midpoint of the bottom section of the beam. The criteria considered in this study included the distance between hooks, hook angle, stirrup spacing, hook orientation, and hook length. In the experimental group examining the contribution of concrete on shear strength, it was noted that the stirrup hooks of both the R1 reference specimen and specific test specimens displayed indications of opening. However, when the contribution of concrete on shear strength was not considered, it was observed that none of the stirrup hooks proposed in the R0 reference specimen and test specimens showed any indications of opening. Neglecting the contribution of concrete in the assessment of shear strength yielded more favorable outcomes regarding structural robustness. The study found that the strength values obtained using the suggested alternative stirrup hook were similar to those of the reference specimens. Furthermore, all the test specimens successfully achieved the desired strengths.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.2
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pp.117-128
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2014
Numerous investigations of RC beams strengthened in shear with externally-bonded (EB) fibre-reinforced polymer (FRP) sheets, plates and strips have been successfully conducted in recent years. These valuable studies have highlighted a number of influencing parameters that are not captured by the design guidelines. The objective of this study was: (1) to highlight experimentally and analytically the influential parameters on the shear contribution of FRP to RC beams strengthened in shear using EB FRP sheets and strips; and (2) to develop a set of transparent, coherent, and evolutionary design equations to calculate the shear resistance of RC beams strengthened in shear. In the experimental part of this study, 12 tests were performed on 4,520-mm-long T-beams. The specimens were strengthened in shear using carbon FRP (CFRP) strips and sheets. The test variables were: (1) the presence or absence of internal transverse-steel reinforcement; (2) use of FRP sheets versus FRP strips; and (3) the axial rigidity of the EB FRP reinforcement. In the analytical part of this study, new design equations were proposed to consider the effect of transverse-steel in addition to other influential parameters on the shear contribution of FRP. The accuracy of the proposed equations has been verified in this study by predicting the FRP shear contribution of experimentally tested RC beams.
In recent years. the concept of the modified compression field theory (MCFT) was develped and applied to the analysis of reinforced concrete beams subjected to shear, moment, and axial load. Although too complex for regular use in the shear design or beams. the procedure has value in its ability to provide a rational method of anlysis and design for reinforced concrete members. The objective of this paper is to review the MCFT and apply it for the prediction of the response and shear strength of reinforced concrete beams A Parametric analysis was Performed on a reinforced T-section concrete beam to evaluate and compare the effects of concrete strength. longitudinal reinforcement ratio shear reinforcement ratio, and shear span to depth ratio in two different approaches the MCFT and the ACI code. The analytical study showed that the concrete contribution to shear strength by the MCFT was higher than the one by the ACI code in beams without stirrups, while it was lower with stirrups. On the other hand. shear reinforcement contribution predicted by the MCFT was much higher than the one by the ACI code. This is because the inclination angle of shear crack is much smaller than 45$^{\circ}$assumed in the ACI code.
The present paper proposes a semi-empirical analytical expression that is capable of determining the shear strength of reinforced concrete beams with longitudinal bars, in the presence of reinforcing fibers and transverse stirrups. The expression is based on an evaluation of the strength contribution of beam and arch actions and it makes it possible to take their interaction with the fibers into account. For the strength contribution of stirrups, the effective stress reached at beam failure was considered by introducing an effectiveness function. This function shows the share of beam action strength contribution on the global strength of the beam calculated including the effect of fibers. The expression is calibrated on the basis of experimental data available in literature referring to fibrous reinforced concrete beams with steel fibers and recently obtained by the authors. It can also include the following variables in the strength previsions: - geometrical ratio of longitudinal bars in tension; - shear span to depth ratio; - strength of materials and fiber characteristics; - size effects. Finally, some of the more recent analytical expressions that are capable of predicting the shear strength of fibrous concrete beams, also in the presence of stirrups, are mentioned and a comparison is made with experimental data and with the results obtained by the authors.
The primary objective of this study was to identify concrete contribution to the initial shear strength of reinforced concrete (RC) hollow columns under lateral loading. Seven large-scale RC rectangular hollow column specimens were tested under monotonic or cyclic lateral loads. The most important design parameter was column length-to-depth aspect ratio ranging between 1.5 and 3.0, and the other test variables included web area ratio, hollow section ratio, and loading history. The tests showed that the initial shear strength reduced in a linear pattern as the column aspect ratio increased, and one specimen tested under cyclic loading achieved approximately 83% of the shear strength of the companion specimen under monotonic loading. Also, several pioneering shear models proposed around the world, all of which were mainly based on tests for columns with solid sections, were reviewed and compared with the test results of this study, for their possible applications to columns with hollow sections. After all, an empirical equation was proposed for concrete contribution to the initial shear strength of RC hollow columns based on fundamental mechanics and the test results.
A fixed angle softened truss model has been developed in order to predict both shear strength and deformation of reinforced concrete members. The model takes into account the contribution of concrete by accuming the angle of cracks in the postcracking concrete that coincides with the reinforced concrete principal compressive angle determined by the applied stresses. Therefore, this model is capable of predicting the contribution of concrete from the govering equilibrium and compatibility equations including the shear stress and strain developed along concrete diagonal crack. However, the model has a limiting range to be applicable for reinforced concrete members. This research proposes a new algorthm of fixed angle softened truss model capable of removing the limitation of applicability. The proposed algorithm adopts a new conception of constitutive laws. The average normal stresses of concrete in the x- y- directions can be calculated by transforming the principal stresses of concrete. The proposed algorthm is verified by comparing to the test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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