PURPOSES : This paper numerically evaluates the contribution of transverse steel to the structural behavior of continuously reinforced concrete pavements to understand the role of transverse steel. METHODS : Two-lane continuously reinforced concrete pavements with and without transverse steel were analyzed through finite element analysis with the aid of commercial finite element analysis program DIANA; the difference in their structural behavior such as deflection, joint opening, and stress distribution was then evaluated. Twenty-node brick elements and three-node beam elements were used to model concrete and steel, respectively. Sub-layers were modeled with horizontal and vertical tensionless spring elements. The interactions between steel and surrounding concrete were considered by connecting their nodes with three orthogonal spring elements. Both wheel loading and environmental loading in addition to self-weight were considered. RESULTS : The use of transverse steel in continuously reinforced concrete pavements does not have significant effects on the structural behavior. The surface deflections change very little with the use of transverse steel. The joint opening decreases when transverse steel is used but the reduction is quite small. The transverse concrete stress, rather, increases when transverse steel is used due to the restraint exerted by the steel but the increase is quite small as well. CONCLUSIONS : The main role of transverse steel in continuously reinforced concrete pavements is supporting longitudinal steel and/or controlling unexpected longitudinal cracks rather than enhancing the structural capacity.
This study aims at postulating a simple methodology for predicting the failure modes of monotonically loaded reinforced concrete beam-column joints. All the factors that affect the failure modes of joints are discussed in detail using an experimental database of monotonically loaded exterior beam-column joints. The relative contributions of the strut and truss mechanisms to joint shear strength are determined based on the test results. A simple design equation for the beam longitudinal reinforcement ratio for joints with low, medium and high amount of stirrups is developed. The factors influencing the failure modes of monotonically loaded exterior beam-column joints are investigated in detail. Design charts that predict the failure modes of exterior beam-column connections both with and without stirrups are developed. Experimental data are compared with the design charts. The results show that the simple methodology gives very accurate predictions of the failure modes.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.3
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pp.186-194
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2011
The reinforced concrete beam-column connections are in lack of constructability and are likely to show anchorage failure because of the complex details of joint regions. Under seismic loads, a destruction of the column or the beam-column joint leads to collapse of the whole structures. For this reason, the safety of structures has to be guaranteed by following procedures which are based on the strong column-weak beam design concept: 1) failure of beam by generating plastic hinge in the beam maintained a certain distance from the surface of column, 2) failure of column or beam-column joint. In this study, headed bars were used as longitudinal reinforcements of beam and joint reinforcements in order to improve the strength and constructability of joint and to relocate plastic hinge. The finite element analyses (FEAs) were performed to the reinforced concrete beam-column joints utilizing headed bar reinforcements. To verify the availability of the analysis models, the FEAs for experimental tests performed by previous researchers were conducted and compared with the experimental results. Additional variables are also considered to confirm the excellence of headed bars. Analysis results indicate that the constructability of beam-column connections can be improved by using headed bars for the full anchorage of longitudinal reinforcements of beam under similar structural performance. In addition, the plastic hinge was relocated to the intended place by using headed bars as joint reinforcements. Under cyclic displacement loading, the energy dissipation capacity and ultimate stress were increased and the decrease in stiffness was minimized.
Park, Hee Beom;Cho, Young Kyo;Lee, Young Hoon;Kim, Seong-Min
International Journal of Highway Engineering
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v.19
no.1
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pp.63-72
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2017
PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the fundamental behaviors such as stresses and deflections of the middle slab in a double-deck tunnel for the development of a middle slab design guide. METHODS : The middle slab has been divided into the following three different sections as according to its structural differences: the normal section, expansion joint section, and emergency passageway section. The normal section of middle slab represents the slab supported by brackets installed continuously along the longitudinal direction of tunnel lining. The expansion joint section refers to a discontinuity of middle slab due to the existence of a transverse expansion joint. The emergency passageway section has an empty rectangular space in the middle slab that acts as an exit in an emergency. The finite element analysis models of these three sections of middle slab have been developed to analyze their respective behaviors. RESULTS : The stresses and deflections of middle slab at the three different sections decrease as the slab thickness increases. The emergency passageway section yields the largest stresses and deflections, with the normal section yielding the smallest. CONCLUSIONS : The stress concentrations at the corners of the passageway rectangular space can be reduced by creating hunch areas at the corners. The stresses and deflections in the emergency passageway section can be significantly decreased by attaching beams under the middle slab in the passageway area.
The main objective of this study is to develop a continuity of double tee slab with two modified dap-ends to solve the problems of excessive moment, slab depth, deflection, and joint cracking in the original simply supported double tee slab systems. The modified joint is produced in a combination with two slabs with modified dap and one rectangular beam. The modified joint can be justified as following different merits. The span capacity for a design load is increased, while the deflection of the slab is decreased due to the decrease of positive moment at the center span of the slab. The joint cracking between slab and beam, which occur frequently in the original slab systems of double tee will be reduced. No more additional form work is needed to cast topping concrete for continuity. Three point loading tests are performed on the specimens with a variable of an amount of main longitudinal reinforcement to evaluate flexural and shear behavior. Following conclusions are obtained from the experimental investigation. The continuity of double tee slab effectively is provided by placing longitudinal steel reinforcement in the topping concrete over the connection, and generally leads to an increase in span capacity of double tee slabs with reduced deflection. It is more effective to control the initial cracking at the connection than that of some simply supported double tee slab systems.
Yeom, Woo Seong;Jeong, Ho Seong;Yan, Yu;Sohn, Dueck Soo;Lee, Jae Hoon;Jeong, Jin Hoon
International Journal of Highway Engineering
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v.15
no.5
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pp.47-55
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2013
PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the optimal joint positions which can minimize distresses of concrete pavement containing box culvert with horizontally skewed angles. METHODS : The concrete pavement containing the box culvert with different skewed angles and soil cover depths was modeled by 3 dimensional finite element method. The contact boundary condition was used between concrete and soil structures in addition to the nonlinear material property of soil in the finite element model. A dynamic analysis was performed by applying the self weight of pavement, negative temperature gradient of slab, and moving vehicle load simultaneously. RESULTS : In case of zero skewed angle ($0^{\circ}$), the maximum tensile stress of slab was the lowest when the joint was positioned directly over side of box culvert. In case there was a skewed angle, the maximum tensile stress of slab was the lowest when the joint passed the intersection between side of the box culvert and longitudinal centerline of slab. The magnitude of the maximum tensile stress converged to a constant value regardless the joint position from 3m of soil cover depth at all of the horizontally skewed angles. CONCLUSIONS : More reasonable and accurate design of the concrete pavement containing the box culvert can be possible based on the research results.
Wang, Peng;Wang, Zhan;Pan, Jianrong;Li, Bin;Wang, Bo
Steel and Composite Structures
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v.37
no.1
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pp.15-26
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2020
The top-and-seat angles with double web angles are commonly used in the design of beam-to-column joints in Asian and North American countries. The seismic behavior analysis of these joints with large cross-section size of beam and column (often connected by four or more bolts) is a challenge due to the effects from the relatively larger size of stiffened angles and the composite action from the adjacent concrete slab. This paper presents an experimental investigation on the seismic performance of exterior composite beam-to-column joints with stiffened angles under cyclic loading. Four full-scale composite joints with different configuration (only one specimen contain top angle in concrete slab) were designed and tested. The joint specimens were designed by considering the effects of top angles, longitudinal reinforcement bars and arrangement of bolts. The behavior of the joints was carefully investigated, in terms of the failure modes, slippage, backbone curves, strength degradation, and energy dissipation abilities. It was found that the slippage between top-and-seat angles and beam flange, web angle and beam web led to a notable pinching effect, in addition, the ability of the energy dissipation was significantly reduced. The effect of anchored beams on the behavior of the joints was limited due to premature failure in concrete, the concrete slab that closes to the column flange and upper flange of beam plays an significant role when the joint subjected to the sagging moment. It is demonstrated that the ductility of the joints was significantly improved by the staggered bolts and welded longitudinal reinforcement bars.
Kim, Seong-Nam;Sung, Ik-Hyun;Kim, Jong-Heun;Kang, Young-Jong
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.4
no.4
s.15
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pp.63-71
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2004
The centroid of rail doesn't coincide with the centroid of stringer on target truss bridge. If there is no eccentricity on the bridge, bending stress works only. But in the real design and execution, not only bending stress works but also torsional stress does because of it's eccentricity. So this study evaluates how much the torsional stress by eccentricity effects joint members on the bridge. We investigate the possibility to control torsional stress if we model longitudinal bracing between stringers.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.36
no.4
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pp.135-142
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2020
The new method for evaluating the displacement tolerance of sky-bridges with pin-roller type supports was proposed considering both return period of phase difference between connected buildings and geometrical characteristics of skybridge. Because displacement tolerance is relative value, which is most affected by the phase difference of the connected buildings, the dynamic response of these building with time history analysis should be evaluated. However, the initial phase could not be specified, so the result of displacement tolerance would be varied with respect to initial value. Thus, the tolerance can be reasonably evaluated SRSS calculation with design displacements based on statistical approach and of each building. In addition, the geometrical characteristics of sky-bridge should be considered because the transverse displacement of sky-bridge span causes the shear deformation of the bridge and longitudinal displacement tolerance cannot release the shear deformation. Therefore, the some pin-end support in sky-bridge should have longitudinal displacement tolerance to accommodate the shear deformation. By resolving this shear deformation, it is possible not only to accommodate transverse displacement, but also to avoid the complicated joint details such as both pot bearing and guided supports with shear key.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.6
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pp.72-81
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2014
This paper reports the test results of reinforced concrete exterior beam-column joints with high-strength concrete. The main parameters of eight specimens were joint failure modes, the compressive strength of concrete, and the head shapes of steel bars. All specimens were designed according to ACI 352R-02 design recommendations. Two types of failure modes were considered; J-failure and BJ-failure. The longitudinal steel bars were anchored by 90 degree standard hooks or headed reinforcement. Experimental results indicated that the current ACI design recommendation limited by the compressive strength of concrete somewhat underestimated the strength of beam-column joints with high-strength concrete. In the specimens showed joint shear failure, the strength of beam-column joints with headed bars was approximately 10 percent higher than that of joints with 90 degree standard hooks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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