Sasmal, Saptarshi;Vishnu Pradeesh, L.;Devi, A. Kanchana;Ramanjaneyulu, K.
Advances in Computational Design
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v.1
no.1
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pp.61-77
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2016
Seismic performance of structures depends on the force flow mechanism inside the structure. Discontinuity regions, like beam-column joints, are often affected during earthquake event due to the complex and discontinuous load paths. The evaluation of shear strength and identification of failure mode of the joint region are helpful to (i) define the strength hierarchy of the beam-column sub-assemblage, (ii) quantify the influence of different parameters on the behaviour of beam-column joint and, (iii) develop suitable and adequate strengthening scheme for the joints, if required, to obtain the desired strength hierarchy. In view of this, it is very important to estimate the joint shear strength and identify the failure modes of the joint region as it is the most critical part in any beam-column sub-assemblage. One of the most effective models is softened strut and tie model which was developed by incorporating force equilibrium, strain compatibility and constitutive laws of cracked reinforced concrete. In this study, softened strut and tie model, which incorporates force equilibrium equations, compatibility conditions and material constitutive relation of the cracked concrete, are used to simulate the shear strength behaviour and to identify failure mechanisms of the beam-column joints. The observations of the present study will be helpful to arrive at the design strategy of the joints to ensure the desired failure mechanism and strength hierarchy to achieve sustainability of structural systems under seismic loading.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.3
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pp.257-269
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2016
Early-strength-concrete (ESC) made of Type I cement with a high Blaine value of $500m^2/kg$ reaches approximately 60 % of its compressive strength in 1 day at ambient temperature. Based on the 210 compressive test results, a generalized rateconstant material model was presented to predict the development of compressive strengths of ESC at different equivalent ages (9, 12, 18, 24, 36, 100 and 168 h) and maximum temperatures (20, 30, 40, 50 and $60^{\circ}C$) for design compressive strengths of 30, 40 and 50 MPa. The developed material model was used to find optimum curing regimes for precast prestressed members with ESC. The results indicated that depending on design compressive strength, conservatively 25-40 % savings could be realized for a total curing duration of 18 h with the maximum temperature of $60^{\circ}C$, compared with those observed in a typical curing regime for concrete with Type I cement.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.391-401
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2017
In this study, the effects of water-to-binder (W/B) ratio and replacement ratio of blast furnace slag (BFS) on the compressive strength of concrete were first investigated to determine an optimized mixture. Then, using the optimized high-strength concrete (HSC) mixture, hooked steel fibers with various aspect ratios and volume fractions were used as additives and the resulting mechanical properties under compression and flexure were evaluated. Test results indicated that replacement ratios of BFS from 50 to 60% were optimal in maximizing the compressive strength of steam-cured HSCs with various W/B ratios. The use of hooked steel fibers with the aspect ratio of 80 led to better mechanical performance under both compression and flexure than those with the aspect ratio of 65. By increasing the fiber aspect ratio from 65 to 80, the hooked steel fiber volume content could be reduced by 0.25% without any significant deterioration of energy absorption capacity. Lastly, complete material models of steel-fiber-reinforced HSCs were proposed for structural design from Lee's model and the RILEM TC 162-TDF recommendations.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.04a
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pp.371-376
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1998
In this study, the size effect of concrete members subjected to the axial load and bending moment is investigated using a series of C-shaped specimens of which test procedure is similar to those of Hognestad, Hanson, and McHenry's. Main test variable is a size ratio of the specimens(1:1/2:1/4) at the concrete compressive strength of 500kg/㎠. Test results show that the flexural compression strength at failure decreases as the size of specimen increases, that is, the size effect law is present. Model equation is derived using regression analyses with experimental data and it is compared with formulas for compressive strength of cylinders and shear strength of beams without stirrups. Size effects is distinct th following sequence; shear strength of beams without stirrups, compressive strength of C-shaped specimens, compressive strength of cylinders.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.502-505
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2006
The Purpose of this study is to offer an appropriate and reliable safety evaluation method the reinforced concrete members like as reinforced concrete deep beams and reinforced concrete columns, etc. A nonlinear finite element analysis program named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology) was used to evaluate the ultimate strength analytically for the reinforced concrete members that have complicated mechanical behaviors. The nonlinear material model for the reinforced concrete is composed of models for characterizing the behavior of the concrete, in addition to a model for characterizing the reinforcing bars. The proposed numerical method for the safety evaluation of reinforced concrete bridge structures that is consisted of reinforced concrete member is verified by comparison with reliable experimental results.
Current design equations for shear strength of reinforced concrete columns generally overestimate the shear strength contribution by the circular transverse reinforcement. This is due to the simplification of the discrete distribution of the reinforcement to the continuous one and the imprudent application of the classical truss model to the circular section, which is different in shear-resisting mechanism from the rectangular section. This study presents a rational model for the prediction of shear strength contribution by the circular transverse reinforcement considering the starting location of a diagonal crack, the number of transverse reinforcing bars crossing the main crack and the geometrical strength component of the transverse resistance. It was found that, for lower amount transverse reinforcement, the crack starting point and the number of crack crossing bars greatly influence the shear-resisting capacity. Proposed model leads to a reliable design equation which is derived using a linear regression method and is in good agreement with the lower bound of exact strength curve.
Poor strength test results are sometimes not an indication of low concrete quality, but rather inferior testing quality. In a compression test, the strain distribution over the ends of the specimen is a critical factor for the test results. Non-uniform straining of a concrete specimen leads to locally different compressive stresses on the cross-section, and eventual premature breaking of the specimen. Its effect on a specimen can be quantified by comparing the compressive strength results of two specimens, one subjected to uniform strain and another to a specified strain gradient. This can be done with the help of a function that relates two parameters, the strain ratio and the test efficiency. Such a function depends on the concrete strength and cross-sectional shape of the specimen. In this study, theoretical relationships between the strain ratio and test efficiency are developed using a concrete stress-strain model. The results show that for the same strain ratio, the test efficiency is larger for normal strength concrete than for high strength concrete. Further, the effect of the strain gradient on the test result depends on the cross-sectional shape of the specimen. Implementation of the results is demonstrated with the aid of two examples.
Strength prediction and correlation of concrete is done using experimental and analytical methods. Main objective is to correlate the experimental and simulated values of compressive strength of concrete mix using Fly Ash (FA) and Silica Fume (SF) by partial replacement of cement in concrete. Mix proportion was determined using IS method for M40grade concrete. Hundred and forty-seven cubes were cast and tested using Universal Testing Machine (UTM). Genetic Algorithm (GA) model was developed using C++ program to simulate the compressive strength of concrete for various proportions of FA and SF replacements individually at 3% increments. Experiments reveal that 12 percent silica fume replacement produced maximum compressive strength of 35.5 N/mm2, 44.5 N/mm2 and 54.8 N/mm2 moreover 9 percent fly ash replacement produced a maximum strength of 31.9 N/mm2, 37.6 N/mm2 and 51.8 N/mm2 during individual material replacement of concrete mix. Correlation coefficient for each curing period of fly ash and silica fume replaced mix were acquired using trend lines. The correlation coefficient is found to be approximately 0.9 in FA and SF replaced mix irrespective of the mix proportion and age of concrete. A higher and positive correlation was found between the experimental and simulated values irrespective of the curing period in all the replacements.
Concrete-encased steel (CES) beam, in which structural steel is encased in a reinforced concrete (RC) section, is widely applied in high-rise buildings as transfer beams due to its high load-carrying capacity, great stiffness, and good durability. However, these CES beams are prone to shear failure because of the low shear span-to-depth ratio and the heavy load. Due to the high load-carrying capacity and the brittle failure process of the shear failure, the accurate strength prediction of CES beams significantly influences the assessment of structural safety. In current design codes, design formulas for predicting the shear strength of CES beams are based on the so-called "superposition method". This method indicates that the shear strength of CES beams can be obtained by superposing the shear strengths of the RC part and the steel shape. Nevertheless, in some cases, this method yields errors on the unsafe side because the shear strengths of these two parts cannot be achieved simultaneously. This paper clarifies the conditions at which the superposition method does not hold true, and the shear strength of CES beams is investigated using a compatible truss-arch model. Considering the deformation compatibility between the steel shape and the RC part, the method to obtain the shear strength of CES beams is proposed. Finally, the proposed model is compared with other calculation methods from codes AISC 360 (USA, North America), Eurocode 4 (Europe), YB 9082 (China, Asia), JGJ 138 (China, Asia), and AS/NZS 2327 (Australia/New Zealand, Oceania) using the available test data consisting of 45 CES beams. The results indicate that the proposed model can predict the shear strength of CES beams with sufficient accuracy and safety. Without considering the deformation compatibility, the calculation methods from the codes AISC 360, Eurocode 4, YB 9082, JGJ 138, and AS/NZS 2327 lead to excessively conservative or unsafe predictions.
Oyawa, Walter O.;Gathimba, Naftary K.;Mang'uriu, Geoffrey N.
Steel and Composite Structures
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v.21
no.3
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pp.589-604
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2016
Kenya has recently experienced worrying collapse of buildings during construction largely attributable to the poor quality of in-situ concrete and poor workmanship. The situation in the country is further compounded by rapid deterioration of infrastructure, hence necessitating the development of alternative structural systems such as concrete filled unplasticized poly vinyl chloride (UPVC) tubes as columns. The work herein adds on to the very limited and scanty work on use of UPVC tubes in construction. This study presents the findings of experimental and analytical work which investigated the structural response of composite concrete filled UPVC tubes under compressive load regime. UPVC pipes are cheaper than steel tubes and can be used as formwork during construction and thereafter as an integral part of column. Key variables in this study included the strength of infill concrete, the length to diameter ratio (L/D) of the plastic tube, as well as the diameter to thickness ratio (D/2t) of the plastic tube. Plastic tubes having varying diameters and heights were used to confine concrete of different strengths. Results obtained in the study clearly demonstrate the effectiveness of UPVC tubes as a confining medium for infill concrete, attributable to enhanced composite interaction between the UPVC tube and infill concrete medium. It was determined that compressive strength of the composite column specimens increased with increased concrete strength while the same decreased with increased column height, albeit by a small margin since all the columns considered were short columns. Most importantly, the experimental confined concrete strength increased significantly when compared to unconfined concrete strength; the strength increased between 1.18 to 3.65 times the unconfined strength. It was noted that lower strength infill concrete had the highest confined strength possibly due to enhanced composite interaction with the confining UPVC tube. The study further proposes an analytical model for the determination of confined strength of concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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