Sabouri-Ghomi, Saeid;Nasri, Arman;Jahani, Younes;Bhowmick, Anjan K.
Steel and Composite Structures
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v.38
no.4
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pp.463-476
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2021
The concept of using Steel-concrete (SC) composite walls as retaining walls has recently been introduced by the authors and their effectiveness of resisting out-of-plane loads has also been demonstrated. In this paper, an improved analytical formulation based on partial interaction theory, which has previously been developed by the authors, is presented. The improved formulation considers a new loading condition and also accounts for cracking in concrete to simulate the real conditions. Due to a limited number of test specimens, further finite element (FE)simulations are performed in order to verify the analytical procedure in more detail. It is observed that the results from the improved analytical procedure are in excellent agreement with both experimental and numerical results. Moreover, a detailed parametric study is conducted using the developed FE model to investigate effects of different parameters, such as distance between shear connectors, shear connector length, concrete strength, steel plate thickness, concrete cover thickness, wall's width to thickness ratio, and wall's height to thickness ratio, on the behavior of SC composite walls subjected to out-of-plane loads.
Patel, Vipulkumar Ishavarbhai;Liang, Qing Quan;Hadi, Muhammad N.S.
Interaction and multiscale mechanics
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v.5
no.2
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pp.91-104
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2012
There is relatively little numerical study on the behavior of eccentrically loaded high strength rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) slender beam-columns with large depth-to-thickness ratios, which may undergo local and global buckling. This paper presents a multiscale numerical model for simulating the interaction local and global buckling behavior of high strength thin-walled rectangular CFST slender beam-columns under eccentric loading. The effects of progressive local buckling are taken into account in the mesoscale model based on fiber element formulations. Computational algorithms based on the M$\ddot{u}$ller's method are developed to obtain complete load-deflection responses of CFST slender beam-columns at the macroscale level. Performance indices are proposed to quantify the performance of CFST slender beam-columns. The accuracy of the multiscale numerical model is examined by comparisons of computer solutions with existing experimental results. The numerical model is utilized to investigate the effects of concrete compressive strength, depth-to-thickness ratio, loading eccentricity ratio and column slenderness ratio on the performance indices. The multiscale numerical model is shown to be accurate and efficient for predicting the interaction buckling behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.290-297
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2000
A new form of construction utilizing structural steel as the boundary elements in ductile flexural concrete walls is proposed to solve the bar congestion problems associated with such a heavily reinforced region. Two wall specimens containing rectangular hollow structural sections(HSS) and channels at their ends respectively were constructed rectangular hollow structural sections(HSS) and channels ar their ends respectively were constructed and tested under reversed cyclic loading to evaluate the construction process as well as the structural performance. One companion standard reinforced concrete wall specimen was also tested for the comparison purpose At an Initial stage all three specimens were carefully detailed to have the approximately same flexural capacity. Analysis and comparison of test results indicated that the reversed cyclic responses of the three walls showed similar hysteretic properties but in those with steel boundaries local bucking of the corresponding steel elements following significant yielding of structural steel was prominent. Design procedures considering local instability of the structural steel elements and the interaction between steel chord and concrete web members in such composite walls are presented.
The seismic performance of steel beam to concrete-encased composite column with unsymmetrical steel section joints is investigated and reported within this paper. Experimental and analytical evaluation were conducted on a total of 8 specimens with T-shaped and L-shaped steel section under lateral cyclic loading and axial compression. The test parameters included concrete strength, stirrup ratio and axial compression ratio. The response of the specimens was presented in terms of their hysterisis loop behavior, stress distribution, joint shear strength, and performance degradation. The experiment indicated good structural behavior and good seismic performance. In addition, a three-dimensional nonlinear finite-element analysis simulating was conducted to simulate their seismic behaviors. The finite-element analysis incorporated both bond-slip relationship and crack interface interaction between steel and concrete. The results were also compared with the test data, and the analytical prediction of joint shear strength was satisfactory for both joints with T-shaped and L-shaped steel section columns. The steel beam to concrete-encased composite column with unsymmetrical steel section joints can develop stable hysteretic response and large energy absorption capacity by providing enough stirrups and decreased spacing of transverse ties in column.
In this paper an analytical model is presented that addresses the compressive response of short-fiber reinforced concrete members (FRC) with hooked steel fibers. This model is applicable to a wide range of concrete strengths and accounts for the interaction between the cover spalling and the concrete core confinement induced by transverse steel stirrups and also for buckling of longitudinal reinforcing bars. The load-shortening curves generated here analytically fit existing experimental data well.
Concrete-filled steel tubes are among the most efficient compressive structural members because the strength of the concrete is enhanced given that the surrounding steel tube confines the concrete laterally and the steel tube is restrained with regard to inward deformation due to the concrete existing inside. Accurate estimations of the ultimate compressive strength of CFT are important for efficient designs of CFT members. In this study, an analytical procedure that directly formulates the interaction between the concrete and steel tube by considering the nonlinear Poisson effect and stress-strain curve of the concrete including the confinement effect is proposed. The failure stress of concrete and von-Mises failure yield criterion of steel were used to consider multi-dimensional stresses. To verify the prediction capabilities of the proposed analytical procedure, 99 circular CFT experimental data instances from other studies were used for a comparison with AISC, Eurocode 4, and other researchers' predictions. From the comparison, it was revealed that the proposed procedure more accurately predicted the ultimate compressive strength of a circular CFT regardless of the range of the design variables, in this case the concrete compressive strength, yield strength of the steel tube and diameter relative to the thickness ratio of the tube.
Seracino, Rudolf;Oehlers, Deric J.;Yeo, Michael F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.13
no.4
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pp.455-464
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2002
There is a growing demand to assess the remaining strength and endurance of existing composite steel and concrete bridge beams due to the aging infrastructure, increases in permissible vehicle weights and increases in their frequencies. As codes are generally dedicated to the design of new structures, new procedures are required to aid in the assessment of existing bridges to ensure that they are utilised to the full. In this paper, simple expressions are presented to perform partial-interaction analyses directly from full-interaction analyses, so that the beneficial effect of partial-interaction on the shear forces on the shear connectors can be utilised in assessment to extend the fatigue life of simply supported bridge beams and to determine the effect of remedial work if necessary. Use of the assessment technique is described by way of an illustrative example.
GLI model was verified to consider the interaction between a ground and a tunnel lining and to rationally reduce the ground load acting on the secondary lining(concrete lining) of a tunnel. In this study, the economy and the construction condition of tunnel concrete linings designed by a conventional frame model at Lot O of OO line were highly enhanced through a field design change using GLI model. For a few safe considerations, not only about 50% saving of reinforcing steel could reduce the material cost but also the wide space between bars could make it easy to pour concrete mix without voids. There was large saving effect of reinforcing steel for poor ground conditions because Terzaghi's load used in the conventional frame model produces too much high loads for those conditions.
The plastic stress distribution method and the strain compatibility method are the two representative methods to calculate the P-M interaction strength of RCFT (rectangular concrete filled tube) columns. The plastic stress distribution method is approximate while the stress compatibility method should approach the exact solution if accurate constitutive relations of the materials involved are used. Recent study by the authors pointed out that, because of lack of accurate constitutive model for the concrete confined by the rectangular steel tube, no strain compatibility method according to the current structural provisions provides a satisfactory prediction of the P-M interaction strength of RCFT columns under various material combinations. An empirical constitutive model which can capture the stress-strain characteristics of the confined concrete of RCFT columns is proposed based on analyzing extensive exisitng test database. The key idea was to define the concrete crushing strain as a function of steel-to-concrete strength ratio and width-to-thickness ratio of steel tube. It was shown that the proposed model leads to more accurate and more consistent prediction of the P-M interaction strength of RCFT columns under general design conditions.
Park Wan-Shin;Han Min-Ki;Kim Sun-Woo;Hwang Sun-Kyung;Yang Il-Seung;Yun Hyun-Do
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.431-434
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2005
In the past decade, various experimental programmes were undertaken to address the lack of information on the interaction between steel coupling beams and reinforced concrete shear wall in a hybrid coupled shear wall system. In this paper, the seismic performance of steel coupling beam-wall connections in a hybrid coupled shear wall system is examined through results of an experimental research programme where three 2/3-scale specimens were tested under cyclic loading. The test variables included the reinforcement details that confer a ductile behaviour on the steel coupling beam-wall connection, i.e., the face bearing plates and the horizontal ties in the panel region of steel coupling beam-wall connections. Panel shear strength reflects enhancement achieved through mobilization of the reinforced concrete panel using face bearing plates and/or horizontal ties in the panel region of steel coupling beam-wall connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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