In the past decades, recycling use of demolished concrete was almost limited to the types of recycled coarse aggregate with a size of about 5-40 mm and recycled fine aggregate with a size of about 0-5 mm for concrete structures, and reuse of demolished concrete lumps (DCLs) with a size much larger than that of recycled aggregate, e.g., 50-300 mm, has been limited to roadbed, backfilling materials, or discarded to landfills. Treatment processes of DCLs are much simpler than those of recycled aggregate, leading to less cost and more energy-saving. In the future, the amount of demolished concrete is estimated to be much higher, so reuse of DCLs for concrete structures will become necessary. The objectives of this paper are to document the process of making reinforced concrete beams with DCLs, and to discuss the flexural and shear behaviors of those reinforced DCL beams through an experimental program, which includes three beams filled with DCLs and one conventional beam for investigating the flexural strengths and deformations, and 12 beams filled with DCLs and two conventional beams for investigating the shear strengths and deformations. The authors hope that the proposed concept offers another sustainable solution to the concrete industry.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.4
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pp.38-47
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2013
For the joint connection of the precast steel grid composite decks, the prefabricated joint which is composed of concrete shear key and high-tension bolts was already proposed. In this study, for the purpose of increasing the bending stiffness and bending strength of the proposed prefabricated joint section details of the proposed joint are modified, and through experimental tests the bending performance, such as stiffness and strength of a modified joint, is compared with those of the proposed joint. Test and analysis results show that the shear cracks in the concrete shear key are clearly reduced by the strengthening of the shear key using shear studs and additional rebars. According to analysis results of the moment-curvature relationship, bending stiffness of the modified joint is about 47% greater than the stiffness of the proposed joint. Furthermore, the modified joint has about 32% greater bending strength than the proposed joint. Compared to specimens without the joint the modified joint has same or slightly higher bending strength, but about 37% lower bending stiffness.
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.
In this paper, the shear behavior of soft filling in rectangular-hollow concrete specimens was simulated using the 2D particle flow code (PFC2D). The laboratory-measured properties were used to calibrate some PFC2D micro-properties for modeling the behavior of geo-materials. The dimensions of prepared and modeled samples were 100 mm×100 mm. Some disc type narrow bands were removed from the central part of the model and different lengths of bridge areas (i.e., the distance between internal tips of two joints) with lengths of 30 mm, 50 mm, and 70 mm were produced. Then, the middle of the rectangular hollow was filled with cement material. Three filling sizes with dimensions of 5 mm×5 mm, 10 mm×5 mm, and 15 mm×5 mm were provided for different modeled samples. The parallel bond model was used to calibrate and re-produce these modeled specimens. Therefore, totally, 9 different types of samples were designed for the shear tests in PFC2D. The shear load was gradually applied to the model under a constant loading condition of 3 MPa (σc/3). The loading was continued till shear failure occur in the modeled concrete specimens. It has been shown that both tensile and shear cracks may occur in the fillings. The shear cracks mainly initiated from the crack (joint) tips and coalesced with another one. The shear displacements and shear strengths were both increased as the filling dimensions increased (for the case of a bridge area with a particular fixed length).
Reinforced concrete shear wall is one of the most common structural forms for high-rise buildings, and seismic energy dissipation techniques, which are effective means to control structural vibration response, are being increasingly used in engineering. Reinforced concrete-mild steel damper stiffness-tandem energy dissipation coupling beams are a new technology being gradually adopted by more construction projects since being proposed. Research on this technology is somewhat deficient, and this paper investigates design principles and methods for two types of mild steel dampers commonly used for energy dissipation coupling beams. Based on the conception design of R.C. shear wall structure and mechanics principle, the basic design theories and analytic expressions for the related optimization parameters of dampers at elastic stage, yield stage, and limit state are derived. The outcomes provide technical support and reference for application and promotion of reinforced concrete-mild steel damper stiffness-tandem energy dissipation coupling beam in engineering practice.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.1
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pp.41-47
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2016
This paper presents a bond test to find the effect of shear key and edge length from the bonded FRP in near surface-mounted(NSM) retrofit using FRP plate. Main parameters in the test are the location and size of shear key and the edge length. For the test, 10 specimens were made by embedding FRP plate of $3.6mm{\times}16mm$ into $400mm{\times}200(300)mm{\times}400mm$ concrete block and fixing it by using epoxy. Tensile load was applied to the FRP of the specimens until failure and was recorded at each load increase. In addition, the bond slip and elongation of FRP were measured during the test. From the test, it was found that the further the shear key located from the loading, the higher strength we could get. The bond strength inversely depended on the size of shear key. Especially, when the size of shear key was to be lagger than certain size, the bond strength decreased to very low value; even less than that of the case without shear key. The bond strength somewhat increased corresponding to the increase of edge length from the bonded end of FRP to loading in spite of same bond length. The bond-slip between FRP and concrete governed overall deformation in the bond test of NSM FRP so that the effect of excessive slip is necessary to be considered in the design.
Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Park, Min Kook;Choi, Seung-Ho;Kim, Kang Su;Pan, Zuanfeng
Computers and Concrete
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v.16
no.6
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pp.825-846
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2015
In this study, shear tests on steel fiber reinforced-prestressed concrete (SFR-PSC) members were conducted with test parameters of the concrete compressive strength, the volume fraction of steel fibers, and the level of effective prestress. The SFR-PSC members showed higher shear strengths and stiffness after diagonal cracking compared to the conventional prestressed concrete (PSC) members without steel fibers. In addition, their shear deformational behavior was measured using the image-based non-contact displacement measurement system, which was then compared to the results of nonlinear finite element analyses (NLFEA). In the NLFEA proposed in this study, a bi-axial tensile behavior model, which can reflect the tensile behavior of the steel fiber-reinforced concrete (SFRC) in a simple manner, was introduced into the smeared crack truss model. The NLFEA model proposed in this study provided a good estimation of shear behavior of the SFRPSC members, such as the stiffness, strengths, and failure modes, reflecting the effect of the key influential factors.
Seungyeon Lee;Seunghoon Seo;Seungjun Kim;Chulsang Yoo;Goangseup Zi
Computers and Concrete
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v.33
no.5
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pp.509-518
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2024
In this study, we investigated the effect of shear-key placement on the performance of grouted connections in offshore wind-turbine structures. Considering the challenges of height control during installation, we designed and analyzed three grouted connection configurations. We compared the crack patterns and strain distribution in the shear keys under axial loading. The results indicate that the misalignment of shear keys significantly influences the ultimate load capacity of grouted connections. Notably, when the shear keys were positioned facing each other, the ultimate load decreased by approximately 15%, accompanied by the propagation of irregular cracks in the upper shear keys. Furthermore, the model with 50% misalignment in the shear-key placement exhibited the highest ultimate strength, indicating a more efficient load resistance than the reference model. This indicates that tensile-load-induced cracking and the formation of compressive struts in opposite directions significantly affect the structural integrity of grouted connections. These results demonstrate the importance of considering buckling effects in the design of grouted connections, particularly given the thin and slender nature of the inner sleeves. This study provides valuable insights into the design and analysis of offshore wind-turbine structures, highlighting the need for refined design formulas that account for shifts in shear-key placement and their structural implications.
Reinforced concrete beam-column (RCBC) joints of laterally loaded unbraced frames are sometimes controlled by their shear behavior. This behavior relies on multiple and interdependent complex mechanisms. There are already several studies on the influence of some parameters on the shear strength of reinforced concrete joints. However, there are no studies methodically tackling all the most relevant parameters and quantifying their influence on the overall joint behavior, not just on its shear strength. Hence, considering the prohibitive cost of a comprehensive parametric experimental investigation, a nonlinear finite element analysis (NLFEA) was undertaken to identify the key factors affecting the shear behavior of such joints and quantify their influence. The paper presents and discusses the models employed in this NLFEA and the procedure used to deduce the joint behavior from the NLFEA results. Three alternative, or complementary, quantities related to shear are considered when comparing results, namely, the maximum shear stress supported by the joint, the secant shear stiffness at maximum shear stress and the secant shear stiffness in service conditions. Depending on which of these is considered, the lower or higher the relevance of each of the six parameters investigated: transverse reinforcement in the joint, intermediate longitudinal bars and diagonal bars in the column, concrete strength, column axial load and confining elements in transverse direction.
Double steel plate concrete composite shear wall (SCSW) has been widely utilized in nuclear power plants and high-rise structures, and its shear connectors have a substantial impact on the seismic performance of SCSW. Therefore, in this study, the mechanical properties of SCSW with angle stiffening ribs as shear connections were parametrically examined for the reactor containment structure of nuclear power plants. The axial compression ratio of the SCSW, the spacing of the angle stiffening rib arrangement and the thickness of the angle stiffening rib steel plate were selected as the study parameters. Four finite element models were constructed by using the finite element program named ABAQUS to verify the experimental results of our team, and 13 finite element models were established to investigate the selected three parameters. Thus, the shear capacity, deformation capacity, ductility and energy dissipation capacity of SCSW were determined. The research results show that: compared with studs, using stiffened ribs as shear connectors can significantly enhance the mechanical properties of SCSW; When the axial compression ratio is 0.3-0.4, the seismic performance of SCSW can be maximized; with the lowering of stiffener gap, the shear bearing capacity is greatly enhanced, and when the gap is lowered to a specific distance, the shear bearing capacity has no major affect; in addition, increasing the thickness of stiffeners can significantly increase the shear capacity, ductility and energy dissipation capacity of SCSW. With the rise in the thickness of angle stiffening ribs, the improvement rate of each mechanical property index slows down. Finally, the shear bearing capacity calculation formula of SCSW with angle stiffening ribs as shear connectors is derived. The average error between the theoretical calculation formula and the finite element calculation results is 8% demonstrating that the theoretical formula is reliable. This study can provide reference for the design of SCSW.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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