In this paper, an analytical approach hwas been conductsed to clarify the relationships between the axial force and the deformation capacity of steel- encased reinforced- concrete beam-columns. The analytical model was defined as a cantilever. Several parameters influencing the inelastic performance of the beam-columns were selected, as follows: including encased steel area ratios, and sectional shapes of the encased steel, material strengths, and shear-span- to-depth ratios. The Analytical results of the analysis showed that the axial force had to have a maximum limit to ensure the stable behavior of a steel- encased reinforced- concrete beam-column when it was subjected to both axial and repeated lateral loading under a constant rotation angle amplitude. The maximum axial force of the beam-column to be resisted under cyclic lateral loading was defined as the stable-limit axial force to ensure the required rotation angle amplitude. The Analytical results of the analysis indicate that the stable-limit axial load ratio increases as the steel strength increases or as the compressive strength of the concrete decreases. The stable-limit axial load ratio decreases as the encased steel ' s sectional area increases in the case of a 1-shaped sections and it is almost not influenced by the steel sectional area in the case of a cross-shaped section.
This paper presents a numerical method for estimating the curvature, deflection and moment capacity of FRP-reinforced concrete encased steel composite beams (FRP-RCS). A sectional analysis is first carried out to predict the moment-curvature relationship from which beam deflection and moment capacity are then calculated. Comparisons between theoretical and experimental results of tests conducted elsewhere show that the proposed numerical technique can accurately predict moment capacity and deflection of FRP-RCS composite beam. The numerical results also indicated that beam ductility and stiffness are improved when encased steel is added to FRP reinforced concrete beams. ACI, ISIS and Bischoff models for deflection prediction compared well at low load, however, significantly underestimated the experimental results for high load levels.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.398-401
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2006
This study investigates the behaviour of Hybrid Beam with reinforced concrete encased steel center and reinforced concrete end. Two types of encased steel shape and two sections are examined in this study. Test results showed that H-Hybrid beam is stronger than Honey-comb Hybrid beam, and the behaviour of composite beam embedded steel at the elastic state is same as that of simple beam.
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.
This paper presents an experimental study on the flexural capacity of an encased(slim-floor) composite beam, which is a wider plate under bottom flange of H-beam with web openings. Five simple full-scale bending tests were conducted on the encased(slim-floor) composite beams at varying steel beam heights (250mm and 300mm), positions of web openings, and loading conditions. The test results revealed that the web-open encased composite beam had sufficient composite action, without any additional shear connection devices, because of the inherent shear-bond effects between the steel beam and the concrete, and a stable structural performance without web-opening reinforcements.
In this paper, the cyclic behavior of steel beam-concrete encased steel (CES) column joints was investigated experimentally and numerically. Three frame middle joint samples with varying concrete slab widths were constructed. Anti-symmetrical low-frequency cyclic load was applied at two beam ends to simulate the earthquake action. The failure modes, hysteretic behavior, ultimate load, stiffness degradation, load carrying capacity degradation, displacement ductility and strain response were investigated in details. The three composite joints exhibited excellent seismic performance in experimental tests, showing high load-carrying capacity, good ductility and superior energy dissipation ability. All three joint samples reached their ultimate loads due to shear failure. Numerical results from ABAQUS modelling agreed well with the test results. Finally, the effect of the concrete slab on ultimate load was analyzed through a parametric study on concrete strength, slab thickness, as well as slab width. Numerical simulation showed that slab width and thickness played an important role in the load-carrying capacity of such joints. As a comparison, the influence of concrete grade was not significant.
Liang, Jiong-feng;Zhang, Liu-feng;Yang, Ying-hua;Wei, Li
Steel and Composite Structures
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v.38
no.6
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pp.705-716
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2021
An innovative partially precast partially encased composite beam (PPECB) is put forward based on the existing research. In order to study the flexural performance of the new composite beam which has precast part and cast-in-place part, six prefabricated specimens and one cast-in-place specimen are designed with considering the influence of the production method, the steel flange thickness, the concrete strength grade and the stirrup process on the behavior of the composite beam. Through four points loading and test data collection and analysis, the behavior of partially prefabricated specimen is similar to that of cast-in-place specimen, and the casting method, the thickness of the steel flange, the concrete strength grade and the stirrup process have different influence on the crack, yield and peak load bearing capacity of the component. Finally, the calculation theory of plastic bending of partially precast partially encased concrete composite beams is given. The calculation results are in good agreement with the experimental results, which can be used for practical engineering theory guidance. This paper can provide reference value for further research and engineering application.
In the recent decades, the application of composite materials, due to their desirable properties, has increased dramatically. In the present study, a quasi-encased trapezoidal section composite steel beam encased with concrete is thoroughly examined. Calculation of the load bearing capacity is carried out by finite element modeling of concrete and FRP beams with trapezoidal section under the effect of controlled displacement loading. The results are then validated comparing to the existing experimental results obtained from similar studies. Further on, the materials are changed to steel and concrete, and the section is de-signed in such a way that both concrete and steel reach a high percent-age of their load bearing capacity. In the last step, the parameters affecting the bending capacity and the behavior of the semi-confined composite beam are investigated. Results revealed that the beam diagonal web thickness plays the most effective role in load bearing capacity amongst other studied parameters. Furthermore, by analyzing the results on the effect of different parameters, an optimal model for primary beam section is presented, which exhibits a greater load bearing capacity compared to the initial design with the same amount of materials used for both sections.
A finite element analysis (FEA) model is established to investigate the concrete-encased concrete-filled steel tubular (CFST) column to reinforced concrete (RC) beam joints under cyclic loading. The feasibility of the FEA model is verified by a set of test results, consisting of the failure modes, the exposed view of connections, the crack distributions and development, and the hysteretic relationships. The full-range analysis is conducted to investigate the stress and strain development process in the composite joint by using this FEA model. The internal force distributions of different components, as well as the deformation distributions, are analyzed under different failure modes. The proposed connections are investigated under dimensional and material parameters, and the proper constructional details of the connections are recommended. Parameters of the beam-column joints, including material strength, confinement factor, reinforcement ratio, diameter of steel tube to sectional width ratio, beam to column linear bending stiffness ratio and beam shear span ratio are evaluated. Furthermore, the key parameters affecting the failure modes and the corresponding parameters ranges are proposed in this paper.
With steel and concrete composite beams, the incomplete interaction between the steel and the concrete slab leads to an appreciable increase in beam deflections. Moreover, encased composite beams using a deep deck plate or hollow-core PC slabs are critical to deflection due to their inherent geometry. In this paper, by using the calculation tools that were developed for a previous study on the deflection of encased composite beams considering the slip effects and load-slip curve, the shear bond stress and additional deflection induced due to interface slip of the encased composite beam are presented. It was found that the slip effects significantly contribute to the encased composite beam deflections and result in stiffness reduction of up to 30% compared to that of full shear interaction beams. The predicted results were compared with the measurement of 18 specimens tested in this study, and comparisons show a high degree of accuracy, within 6%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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