This study attempts to shed light on the coupled impact of types of loading, thickness stretching, and types of variation of Winkler-Pasternak foundations on the flexural behavior of simply- supported FG plates according to the new quasi-3D high order shear deformation theory, including integral terms. A new function sheep is used in the present work. In particular, both Winkler and Pasternak layers are non-uniform and vary along the plate length direction. In addition, the interaction between the loading type and the variation of Winkler-Pasternak foundation parameters is considered and involved in the governing equilibrium equations. Using the virtual displacement principle and Navier's solution technique, the numerical results of non-dimensional stresses and displacements are computed. Finally, the non-dimensional formulas' results are validated with the existing literature, and excellent agreement is detected between the results. More importantly, several complementary parametric studies with the effect of various geometric and material factors are examined. The present analytical model is suitable for investigating the bending of simply-supported FGM plates for special technical engineering applications.
In this work, a simple quasi 3-D parabolic shear deformation theory is developed to examine the bending response of antisymmetric cross-ply laminated composite plates under different types of mechanical loading. The main feature of this theory is that, in addition to including the transverse shear deformation and thickness stretching effects, it has only five-unknown variables in the displacement field modeling like Mindlin's theory (FSDT), yet satisfies the zero shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without requiring a shear correction factor. The static version of principle of virtual work was employed to derive the governing equations, while the bending problem for simply supported antisymmetric cross-ply laminated plates was solved by a Navier-type closed-form solution procedure. The adequacy of the proposed model is handled by considering the impact of side-to-thickness ratio on bending response of plate through several illustrative examples. Comparison of the obtained numerical results with the other shear deformation theories leads to the conclusion that the present model is more accurate and efficient in predicting the displacements and stresses of laminated composite plates.
Kwon, Soon Cheol;Kyung, Kab Soo;Kim, Da Young;Lee, Ha Sung
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.1-13
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2008
The web of a horizontally curved plate girder bridge is, in general, subject to not only longitudinal flexural in-plane stress but also out-of-plane bending stress. Therefore, the induced stresses in the fillet welded joints at the intersection of the web and flange plates in the curved plate girder bridge can be considerably high, and the welded joints of gusset plates connecting the main girder to the floor beams or sway bracings can be subject to much more severe situation than those in the ordinary straight plate girder bridge. In order to investigate the cause of fatigue crack occurred in a curved girder bridge that has been served in about 23 years, in this study, field load tests have been performed to obtain the stress characteristics at the welded joint under the real traffic flow. Using the test results, we have investigated the causes of the occurrence of various fatigue cracks and have estimated the fatigue lives for the cracks. In addition, the characteristics of structural behavior at welded joint of the curved girder bridge have been examined by comparing the FE analysis and the field test result.
Mona M. Fawzy;Fattouh M. F. Shaker;Alia M. Ayyash;Mohamed M. Salem
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.1-13
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2024
The objective of this research is to study experimentally and numerically the behavior of steel beam columns with openings. Although the presence of openings in the beam columns is inevitable, finding ways to maintain strength is crucial. The studied parameters are opening shape, the ratio between opening height to specimen height, the percentage of opening location from support to beam column length, and web slenderness. Experimental tests are conducted including twelve specimens to study the effect of these parameters and record failure load, load deflection curve, and stress strain curve. Two failure modes are observed: local and flexural buckling. Interaction curves plotted from finite element model analysis are also used to expand the parametric study. Changing the location of the opening can decrease failure load by up to 7% and 60% in both normal and moment ratios respectively. Increasing the opening dimension can lead to a drop in the axial ratio by up to 29% and in the moment ratio by up to 74%. The weakest beam column behavior is noticed in specimens with rectangular openings which results from uneven and concentrated stresses around the opening. The main results of this research illustrate that the best location for opening is at 40% - 50% from beam column support. Also, it is advisable to use circular openings instead of rectangular openings in specimens having slender webs because moment ratios are raised by 85% accompanied by a rise in normal ratios by 9%.
A flat slab is a structural system where columns directly support it without the presence of beam elements. However, despite its wide advantages, this structural system undergoes a major deficiency where stresses are concentrated around the column perimeter, resulting in the progressive collapse of the entire structure as a result of losing the shear transfer mechanisms at the cracked interface. Predicting the punching shear capacity of RC flat slabs is a challenging problem where the factors contributing to the overall slab strength vary broadly in their significance and effect extent. This study proposed a new expression for predicting the slab's capacity in punching shear using a nonuniform concrete tensile stress distribution assumption to capture, as well as possible, the induced strain effect within a thick RC flat slab. Therefore, the overall punching shear capacity is composed of three parts: concrete, aggregate interlock, and dowel action contributions. The factor of the shear span-to-depth ratio (a_v/d) was introduced in the concrete contribution in addition to the aggregate interlock part using the maximum aggregate size. Other significant factors were considered, including the concrete type, concrete grade, size factor, and the flexural reinforcement dowel action. The efficiency of the proposed model was examined using 86 points of published experimental data from 19 studies and compared with five code standards (ACI318, EC2, MC2010, CSA A23.3, and JSCE). The obtained results revealed the efficiency and accuracy of the model prediction, where a covariance value of 4.95% was found, compared to (13.67, 14.05, 15.83, 19.67, and 20.45) % for the (ACI318, CSA A23.3, MC2010, EC2, and JSCE), respectively.
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.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.6
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pp.53-60
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2008
The cross-sections of continuous multi-span beams sometimes suddenly increase, or become stepped, at the interior supports of continuous beams to resist high negative moments. The three-dimensional finite-element program ABAQUS (2007) was used to analytically investigate the inelastic lateral-torsional buckling behavior of stepped beams subjected to linear moment gradient and resulted in the development of design equations. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beam are considered for the analytical parameters. Two groups of 27 cases and 36 cases, respectively, were analyzed for doubly and singly stepped beams in the inelastic buckling range. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. First, the distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi and Trahair (1995), and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The new proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic lateral-torsional buckling problem and increase efficiency in building and bridge design.
Park, Jong-Wook;Yun, Seok-Gwang;Kim, Byoung-Il;Lee, Jung-Yoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.4
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pp.399-406
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2012
Beam-column joints are generally recognized as the critical regions in the moment resisting reinforced concrete (RC) frames subjected to both lateral and vertical loads. As a result of severe lateral load such as seismic loading, the joint region is subjected to horizontal and vertical shear forces whose magnitudes are many times higher than in column and adjacent beam. Consequently, much larger bond and shear stresses are required to sustain these magnified forces. The critical deterioration of potential shear strength in the joint area should not occur until ductile capacity of adjacent beams reach the design demand. In this study, a method was provided to predict the deformability of reinforced concrete beam-column joints failing in shear after the plastic hinges developed at both ends of the adjacent beams. In order to verify the deformability estimated by the proposed method, an experimental study consisting of three joint specimens with varying tensile reinforcement ratios was carried out. The result between the observed and predicted behavior of the joints showed reasonably good agreement.
This study presents that effect of anchor plate on concrete breakout strength was evaluated. The addition of the anchor plate is to improve the concrete breakout capacity for a single anchor system in a thin-walled concrete panel (Insulated concrete sandwich wall panel). In this study, an elasticity-based simplified model was developed and used to predict effect on the anchor plate. Flexural stresses of the plate with respect to the concrete breakout strength obtained from CCD (Capacity Concrete Design) approach were compared with the test results. Through the test results, while the concrete breakout strength was improved due to increment of the width and thickness of the anchor plate, improvement of the strength was steadily declined. In addition, the It was observed that the analytical and experimental flexure of the anchor plate was comparatively in good agreement using the simplified elastic analysis model.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.147-153
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2019
The prestressing steel wire, which is applied a tension to reinforce the structure, is applied flexure simultaneously by the duct and the deviator. In order to evaluate the deflected tensile performance of the prestressing steel wire subjected to both tensile and flexural stresses, the numerical analysis for 600 cases with variables of wire diameters, mandrel diameters, and friction coefficient between mandrel and steel wire was performed. As the result of analysis, the larger the diameter of the steel wire was, the lower the deflected tensile performance was, and the effect decreased with the increase of the wire elongation. The effect of mandrel diameter and friction coefficient between mandrel and wire on the deflected tensile performance of the wire was very small. But the deflected tensile performance and the friction coefficient between mandrel and strand showed a relatively high correlation. Therefore, it is necessary to make enough large elongation to secure the deflected tensile performance. If there is a restriction on the elongation, it is necessary to reduce the diameter of the steel wire to an appropriate value, and to increase the friction between steel wires by adjusting the surface condition of the steel wire.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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