The purpose of this study is to evaluate the behavior and the strength of SRG (Steel Reinforced Grout) externally strengthened Reinforced Concrete (RC) beams by using a nonlinear numerical analysis. The numerical simulation was carried out by using a three-dimensional (3D) finite element model. An interface element with a suitable damage model was used to model the connection between concrete surface and SRG reinforcing layer. The reliability of the finite element 3D-model was checked using experimental data obtained on a set of three RC beams. The parameters taken into consideration were the external configuration, with or without U-end anchorages, the concrete strength, the amount of internal tensile steel reinforcement. Conclusions were made concerning the strength and the ductility of the strengthened beams by varying the parameters and on the effectiveness of the SRG reinforcing system applied with two types of external strengthening configuration.
Development of flexural yielding and large rotation ductilities in the plastic hinge zones of frame members is synonymous with the spread of bar reinforcement yielding into the supporting anchorage. Yield penetration where it occurs, destroys interfacial bond between bar and concrete and reduces the strain development capacity of the reinforcement. This affects the plastic rotation capacity of the member by increasing the contribution of bar pullout. A side effect is increased strains in the compression zone within the plastic hinge region, which may be critical in displacement-based detailing procedures that are linked to concrete strains (e.g. in structural walls). To quantify the effects of yield penetration from first principles, closed form solutions of the field equations of bond over the anchorage are derived, considering bond plastification, cover debonding after bar yielding and spread of inelasticity in the anchorage. Strain development capacity is shown to be a totally different entity from stress development capacity and, in the framework of performance based design, bar slip and the length of debonding are calculated as functions of the bar strain at the loaded-end, to be used in calculations of pullout rotation at monolithic member connections. Analytical results are explored parametrically to lead to design charts for practical use of the paper's findings but also to identify the implications of the phenomena studied on the detailing requirements in the plastic hinge regions of flexural members including post-earthquake retrofits.
The Ting Kau Bridge in Hong Kong is a cable-stayed bridge comprising two main spans and two side spans. The bridge deck is supported by three towers, an end pier and an abutment. Each of the three towers consists of a single reinforced concrete mast which reduces its section in steps, and it is strengthened by transverse cables and struts in the transverse vertical plane. The bridge deck is supported by four inclined planes of cables emanating from anchorages at the tower tops. In view of the threat from typhoons, the dynamic behaviour of long-span cable-supported bridges in the region is always an important consideration in their design. This paper is devoted to the ambient vibration measurements of the bridge for evaluation of dynamic characteristics including the natural frequencies and mode shapes. It also describes the modelling of the bridge. A few finite element models are developed and calibrated to match with the field data and the results of subsequent structural health monitoring of the bridge.
For vibration control of stay cables in cable-stayed bridges, viscous dampers are frequently used, and they are regularly installed between the cable and the bridge deck. In practice, neoprene rubber bushings (or of other types) are also widely installed inside the cable guide pipe, mainly for reducing the bending stresses of the cable near its anchorages. Therefore, it is important to understand the effect of the bushings on the performance of the external damper. Besides, for long cables, external dampers installed at a single position near a cable end can no longer provide enough damping due to the sag effect and the limited installation distance. It is thus of interest to improve cable damping by additionally installing dampers inside the guide pipe. This paper hence studies the combined effects of an external damper and an internal damper (which can also model the bushings) on a stay cable. The internal damper is assumed to be a High Damping Rubber (HDR) damper, and the external damper is considered to be a viscous damper with intrinsic stiffness, and the cable sag is also considered. Both the cases when the two dampers are installed close to one cable end and respectively close to the two cable ends are studied. Asymptotic design formulas are derived for both cases considering that the dampers are close to the cable ends. It is shown that when the two dampers are placed close to different cable ends, their combined damping effects are approximately the sum of their separate contributions, regardless of small cable sag and damper intrinsic stiffness. When the two dampers are installed close to the same end, maximum damping that can be achieved by the external damper is generally degraded, regardless of properties of the HDR damper. Field tests on an existing cable-stayed bridge have further validated the influence of the internal damper on the performance of the external damper. The results suggest that the HDR is optimally placed in the guide pipe of the cable-pylon anchorage when installing viscous dampers at one position is insufficient. When an HDR damper or the bushing has to be installed near the external damper, their combined damping effects need to be evaluated using the presented methods.
The Ting Kau Bridge in Hong Kong is a cable-stayed bridge comprising two main spans and two side spans. The bridge deck is supported by three towers, an end pier and an abutment. Each of the three towers consists of a single reinforced concrete mast strengthened by transverse cables and struts. The bridge deck is supported by four inclined planes of cables emanating from anchorages at the tower tops. In view of the heavy traffic on the bridge, and threats from typhoons and earthquakes originated in areas nearby, the dynamic behaviour of long-span cable-supported bridges in the region is always an important consideration in their design. Baseline finite element models of various levels of sophistication have been built not only to match the bridge geometry and cable forces specified on the as-constructed drawings but also to be calibrated using the vibration measurement data captured by the Wind and Structural Health Monitoring System. This paper further describes the analysis of axle loading data, as well as the generation of random axle loads and simulation of vibrations of the bridge using the finite element models. Various factors affecting the vehicular loading on the bridge will also be examined.
Recently, Appendix A of ACI 318∼02 Code introduced the Strut-and-Tie Model(STM) procedure in shear design of deep flexural members. The STM procedure is widely used in the design of concrete regions where the distribution of longitudinal strains is significantly nonlinear, such as deep beams, beams with large openings, corbels, and dapped-end beams. Experimental study included five high-strength reinforced concrete deep beams with different detailing schemes for the horizontal and vertical reinforcement. The specimens were designed as simply supported beams subjected to concentrated loads on the top face and supported on the bottom face. At failure, all specimen exhibited primary diagonal crack running from the support region to the point load. Specimens which had mechanical anchorages(terminators) gives better representation of the load-carrying mechanism than the specimen had standard 90-degree anchorage at failure in deep flexural members. Based on the test results, shear design procedures contained in the ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code, CSA A23.3-94 Code and CIRIA Guide-2 were evaluated. The Shear design of ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code and CIRIA Guide-2 shown to be conservative predictions from 10% to 36% in the shear strength of the single-span deep beam which was tested. ACI 318-99 Code was the lowest standard deviation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3A
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pp.235-249
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2011
A new form of I-type PSC bridge girder, which has hole in the web, is proposed in this paper. Three different concepts were combined and implemented in the design. First of all, a girder was precast at a manufacturing plant as divided pieces and assembled at the construction site using post-tensioning method, and the construction period at the site will be reduced dramatically. In this way, the quality of concrete can be assured at the manufacturing factory and concrete curing can be well controlled, and the spliced girder segments can be moved to the construction site without a transportation problem. Secondly, a numerous number of holes was made in the web of the girder. This reduces the self-weight of the girder. But more important thing related to the holes is that about half of the total anchorages can be moved from the girder ends into individual holes. The magnitude of negative moment developed at girder ends will be reduced. Also, since the longitudinal compressive stresses are reduced at ends, thick end diaphragm is not necessary. Thirdly, Prestressing force was introduced into the member through multiple stages. This concept of multi-stage prestressing method overcomes the prestressing force limit restrained by the allowable stresses at each loading stage, and maximizes the magnitude of applicable prestressing force. It makes the girder longer and shallower. Two 50 meter long full scale girders were fabricated and tested. One of them was non-spliced, or monolithic girder, made as one piece from the beginning, and the other one was assembled using post-tensioning method from five pieces of segments. It was found from the result that monolithic and spliced girder show similar load-deflection relationships and crack patterns. Girders satisfied specific girder design specification in flexural strength, deflection, and live load deflection control limit. Both spliced and monolithic holed web post-tensioned girders can be used to achieve span lengths of more than 50m with the girder height of 2 m.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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