The objective of this paper is to investigate the flexural behavior of concrete-filled round-ended steel tubes (CFRTs) under bending. Beam specimens were tested to investigate the mechanical behavior of the CFRTs, including four CFTs with different concrete strengths and steel ratios, and three CFRTs with varied aspect ratios. The load vs. deflection relationships and the failure modes for CFRTs were analyzed in detail. The composite action between the core concrete and steel tube was also discussed and examined based on the experimental results. In addition, ABAQUS program was used to develop the full-scale finite element model and analyze the effect of different parameters on the moment vs. curvature curves of the CFRTs bending about the major and minor axis, respectively. Furthermore, design formulas were proposed to estimate the ultimate moment and the flexural stiffness of the CFRTs, and the simplified theoretical model of the moment vs. curvature curves was also developed. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental and FE results. Finally, the differences of the experimental, FE and predicted results using the existing codes were illustrated.
Masonry walls are sometimes removed in buildings to either make new passages or increase the usable space. This may change the loading paths in the structure, and require new beams to transfer the loads which are carried by the masonry walls that are to be removed. One possible method of creating such new beams is to attach steel plates onto part of the existing walls to form a steel plate-masonry composite (SPMC) beam, leading to a new structure with part of the masonry wall supported by a new SPMC beam. This paper presents an experimental investigation into the interaction between the SPMC beam and the masonry wall above. Five SPMC beams supporting a masonry wall were tested to study the influence of parameters including the height-to-span ratio of the masonry wall, height of the beam and thickness of the steel plates. The test results, including failure mode, load-carrying capacity, load-deflection curves and strain distribution, are presented and discussed. It is found that for developing better arching effect in the masonry wall the ratio of the in-plane flexural stiffness of the masonry wall to the flexural stiffness of the SPMC beam must be between 2.8 and 7.1.
Dadmand, Behrooz;Pourbaba, Masoud;Sadaghian, Hamed;Mirmiran, Amir
Computers and Concrete
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v.26
no.5
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pp.451-465
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2020
This paper presents experimental and numerical investigations on mechanical properties of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with four types of steel fibers; micro steel (MS), crimped (C), round crimped (RC) and hooked-end (H), in two fiber contents of 1% and 2% (by volume) and two lengths of 13 and 30 mm. Compression, direct tension, and four-point bending tests were carried out on four types of specimens (prism, cube, dog-bone and cylinder), to study tensile and flexural strength, fracture energy and modulus of elasticity. Results were compared with UHPC specimens without fibers, as well as with available equations for the modulus of elasticity. Specimens with MS fibers had the best performance for all mechanical properties. Among macro fibers, RC had better overall performance than H and C fibers. Increased fibers improved all mechanical properties of UHPFRC, except for modulus of elasticity, which saw a negligible effect (mostly less than 10%). Moreover, nonlinear finite element simulations successfully captured flexural response of UHPFRC prisms. Finally, nonlinear regression models provided reasonably well predictions of flexural load-deflection behavior of tested specimens (coefficient of correlation, R2 over 0.90).
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.3
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pp.243-250
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2004
In SPS system, steel beams are used as not only temporary struts supporting the wale but main flexural members of building. Previous experimental works show that RC wale-steel beam joints have some flexural rigidity. In this paper, nonlinear analysis is performed using DRAIN-2DX program to investigate the behaviors of the underground composite frames constructed with SPS system when the rigidity of RC wale-steel beam joints change. Analysis variables are the procedure of construction, magnitude of lateral forces, and flexural rigidity of the RC wale-steel beam joint with stud connector. Analysis results show the effects of joint rigidity for the yielding process of frame and the moment and deflection at the mid-span of beam.
This paper presents a study on the effects of localized steel-concrete bond degradation on the flexural behaviour of RC beams. A finite element analysis is undertaken to complete the experimental analysis. The first part deals with an experimental study on beams where bond was removed by using plastic tube at different locations and for various lengths. The flexural behaviour was studied at global scale (load-deflection) and local scale (moment-curvature). The second part, a numerical study using a simplified special finite element (rust element) modelling the rust layer occurring between reinforcement and concrete with corrosion was conducted in order to find the relation between the degree of corrosion and the degradation of the steel-concrete bond. The computed value of the corrosion degree corresponding to the total degradation of bond has been used in a second time to model the tests, in order to evaluate the influence of the loss of bond, the steel cross section reduction, and the combination of both. The results enable to evaluate the influence of the different corrosion effects on the flexural behaviour, according to the length and the location of the corroded zone.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.1
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pp.147-156
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2004
The Rehabilitation and repair of structurally deteriorated, reinforced concrete structures will be highly demanded in the near future. The purpose of this study is to investigate whether damaged beams that crack and deflection are developed by bending moment are restored to the former state. In conclusion, when specimens strengthened with Steel Plate, CFS(Carbon Fiber Sheet) and CFRP-Grid(Carbon Fiber Reinforced Plastic-Grid) are compared with standard specimen, flexural capacity is increased and ductility and energy absorbtion capacity are similar with undamaged specimen. Therefore Steel Plate, CFS(Carbon Fiber Sheet) and CFRP-Grid (Carbon Fiber Reinforced Plastic-Grid) have highly efficiency as material of flexural strengthening.
This paper aims at investigating the capability of different FRP/concrete interface models to predict the effect of carbon nanotubes on the flexural behavior of RC beams strengthened with CFRP. Three different interfacial bond models are proposed to simulate the adhesion between CFRP composites and concrete, namely: full bond, nonlinear spring element, and cohesive zone model. 3D Nonlinear finite element model is developed then validated using experimental work conducted by the authors in a previous investigation. Cohesive zone model (CZM) has the best agreement with the experimental results in terms of load-deflection response. CZM is the only bond model that accurately predicted the cracks patterns and failure mode of the strengthened RC beams. The FE model is then expanded to predict the effect of bond strength on the flexural capacity of RC beams strengthened with externally bonded CNTs modified CFRP composites using CZM bond model. The results reveal that the flexural capacity of the strengthened beams increases with increasing the bond strength value. However, only 23% and 22% of the CFRP stress and strain capacity; in the case of full bond; can be utilized before failure.
In this study, the flexural behaviors of one- and two-way reinforced concrete (RC) slabs strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) strips under impact loads were investigated. The flexural strengthening of RC slabs under simulated static monotonic loads has been comprehensively studied. However, the flexural behavior of RC slabs strengthened with CFRP strips has not been investigated extensively, particularly those conducted numerically. Nonlinear three-dimensional finite element models were developed, executed, and verified against previous experimental results, producing satisfactory models with approximately 4% error. The models were extended to a parametric study, considering three geometric parameters: the slab rectangularity ratio, CFRP strip width, and CFRP strip configuration. Finally, the main results were used to derive a new formula for predicting the total deflection of RC slabs strengthened with CFRP strips under impact loads with an error of approximately 10%. The proposed equation reflected the slab rectangularity, CFRP strip width, equivalent slab stiffness, and dropped weight. Results indicated that the use of CFRP strips enhanced the overall impact performance, the wider the CFRP width, the better the enhancement. Moreover, the application of diagonally oriented CFRP strips diminished the cracking zone compared to straight strips. Additionally, the diagonal orientation of CFRP strips was more efficient for two-way slabs while the vertical orientation was found to be better in the case of one-way slabs.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.467-470
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1999
An analytical method based on the nonlinear layered finite element method is developed to simulate overall load-deflection behavior of bonded and unbonded prestressed concrete beams. The model which uses rather advanced numerical technique for iterative convergence to equilibrium can be regarded as superior one compared to the models mainly based on either load control or displacement control methods. Model predictions were compared with preceding experimental results and it was observed that there were good agreements between them.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.479-484
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2000
An experimental study to investigate the structural performance of reinforced concrete beams repaired by Polymer Cementitous Mortar in the tension zone is described. Preliminary trials with beams in which beams tensile reinforcing steel was exposed over 100%, 80% and 60% of their length have led to tests on $5\times25$cm beams over a 200cm span to examine the experimental parameter. Attention is concentrated upon overall bending capacity, deflection and crack development of repaired beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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