This study investigated experimentally the response of thick reinforced concrete specimens having hollow cores with critical parameters. The investigation includes testing of twelve specimens that are solid and hollow-core slab models. Each specimen consists of two pieces, the piece dimensions are (1.2 m) length, (0.3 m) width and (20 cm) thickness tested under both monotonic and repeated loading. The test program is carried out to study the effects of load type, core diameters, core shape, number of cores, and steel fiber existence. Load versus deflection at mid span, failure modes, and crack patterns were obtained during the test. The test results showed that core shape and core number has remarkable influenced on cracking pattern, ultimate load, and failure mode. Also, when considering repeated loading protocol, the ultimate load capacity, load at yielding, and ductility is reduced.
This paper presents a modelling technique for the nonlinear analysis of composite steel-concrete beams with partial shear interaction. It extends the applicability of two stiffness elements previously derived by the authors using the direct stiffness method, i.e. the 6DOF and the 8DOF elements, to account for material nonlinearities. The freedoms are the vertical displacement, the rotation and the slip at both ends for the 6DOF stiffness element, as well as the axial displacement at the level of the reference axis for the 8DOF stiffness element. The solution iterative scheme is based on the secant method, with the convergence criteria relying on the ratios of the Euclidean norms of both forces and displacements. The advantage of the approach is that the displacement and force fields of the stiffness elements are extremely rich as they correspond to those required by the analytical solution of the elastic partial interaction problem, thereby producing a robust numerical technique. Experimental results available in the literature are used to validate the finite element proposed in the paper. For this purpose, those reported by Chapman and Balakrishnan (1964), Fabbrocino et al. (1998, 1999) and Ansourian (1981) are utilised; these consist of six simply supported beams with a point load applied at mid-span inducing positive bending moment in the beams, three simply supported beams with a point load applied at mid-span inducing negative bending moment in the beams, and six two-span continuous composite beams respectively. Based on these comparisons, a preferred degree of discretisation suitable for the proposed modelling technique expressed as a function of the ratio between the element length and depth is proposed, as is the number of Gauss stations needed. This allows for accurate prediction of the nonlinear response of composite beams.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.04b
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pp.567-572
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1998
Structural behavior of R/C deep beams was investigated and compared to those of specimens with CFRP Grids. Test results show that the crushing of compression strut for the unstrengthened R/C deep beams is changed to the group of several diagonal cracks at mid-depth within the sheat span. Strengthened specimens grow to be more ductile after the redistribution of internal force on the CFRP Grids. The failure mode and variations of strains in the specimens are dependent on the shear span-to-depth ratio. The lower the shear span-to-depth ratio, the bigger failure load and the less variations in strain are observed. Additional anchorage of CFRP Grids does not only cause the improvement in the internal resistance, but also control the brittle shear failure of specimen after reaching the maximum loads.
This paper investigates the mechanical response of simply supported one-way reinforced concrete slabs under fire through numerical analysis. The numerical model is constructed using the software ABAQUS, and verified by experimental results. Generally, mechanical response of the slab can be divided into four stages, accompanied with drastic stress redistribution. In the first stage, the bottom of the slab is under tension and the top is under compression. In the second stage, stress at bottom of the slab becomes compression due to thermal expansion, with the tension zone at the mid-span section moving up along the thickness of the slab. In the third stage, compression stress at bottom of the slab starts to decrease with the deflection of the slab increasing significantly. In the fourth stage, the bottom of the slab is under tension again, eventually leading to cracking of the slab. Parametric studies were further performed to investigate the effects of load ratio, thickness of protective layer, width-span ratio and slab thickness on the performance of the slab. Results show that increasing the thickness of the slab or reducing the load ratio can significantly postpone the time that deflection of the slab reaches span/20 under fire. It is also worth noting that slabs with the span ratio of 1:1 reached a deflection of span/20 22 min less than those of 1:3. The thickness of protective layer has little effect on performance of the slab until it reaches a deflection of span/20, but its effect becomes obvious in the late stages of fire.
Ku, So-Yeun;Ryu, Hyo-Jin;Lim, Nam-Hyoung;Lee, Jin-Ok
한국방재학회:학술대회논문집
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2008.02a
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pp.79-82
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2008
The elastic critical moment of I-beams subjected to moment is directly affected by the following factors; loading type; loading position with respect to the mid-height of the cross section; end restraint conditions. Most design specifications usually provide buckling solutions derived for uniform moment loading condition and account for variable moment along the unbraced length with a moment gradient correction factor applied to these solutions. In order for the method in the SSRC Guide to be applicable for singly symmetric I-beams, improved moment gradient correction factors were proposed in this study. Finite element buckling analyses of singly symmetric I-beams subjected to transverse loading applied at different heights with respect to the mid-height of the cross section were conducted. Transverse loads consisting of a mid-span point load and a uniformly distributed load were considered in the investigation.
An analytical-numerical procedure has been presented in this paper to take into account the nonlinear effects of concrete cracking and time-dependent effects of creep and shrinkage in the concrete portion of the continuous composite beams under service load. The procedure is analytical at the element level and numerical at the structural level. The cracked span length beam element consisting of uncracked zone in middle and cracked zones near the ends has been proposed to reduce the computational effort. The progressive nature of cracking of concrete has been taken into account by division of the time into a number of time intervals. Closed form expressions for stiffness matrix, load vector, crack lengths and mid-span deflection of the beam element have been presented in order to reduce the computational effort and bookkeeping. The procedure has been validated by comparison with the experimental and analytical results reported elsewhere and with FEM. The procedure can be readily extended for the analysis of composite building frames where saving in computational effort would be very considerable.
This study presents investigation of the behavior of moderately thick reinforced concrete slabs having hollow cores with different parameters. The experimental part of this investigation includes testing eight specimens of solid and hollow-core slab models having (2.05 m) length, (0.6 m) width and (25 cm) thickness under two monotonic line loads. Load versus deflection was recorded during test at mid span and under load. Numerically, the finite element method is used to study the behavior of these reinforced concrete slabs by using ANSYS computer program. The specimens of slab models are modeled by using (SOLID65) element to represent concrete slabs and (LINK180) element to represent the steel bars as discrete axial members between concrete nodes. The finite element analysis has showed good agreement with the experimental results with difference of (4.71%-8.68%) in ultimate loads. A parametric study have been carried out by using ANSYS program to investigate the effects of concrete compressive strength, size and shape of core, type of applied load and effect of removing top steel reinforcement.
The existing concrete bridges are time-varying working systems, where the maintenance strategy should be planned according to the time-varying performance of the bridge. This work proposes a time-dependent residual capacity assessment procedure, which considers the non-stationary bridge load effects under growing traffic and non-stationary structural deterioration owing to material degradations. Lifetime bridge load effects under traffic growth are predicated by the non-stationary peaks-over-threshold (POT) method using time-dependent generalized Pareto distribution (GPD) models. The non-stationary structural resistance owing to material degradation is modeled by incorporating the Gamma deterioration process and field inspection data. A three-span continuous box-girder bridge is illustrated as an example to demonstrate the application of the proposed procedure, and the time-varying reliability indexes of the bridge girder are calculated. The accuracy of the proposed non-stationary POT method is verified through numerical examples, where the shape parameter of the time-varying GPD model is constant but the threshold and scale parameters are polynomial functions increasing with time. The case study illustrates that the residual flexural capacities show a degradation trend from a slow decrease to an accelerated decrease under traffic growth and material degradation. The reliability index for the mid-span cross-section reduces from 4.91 to 4.55 after being in service for 100 years, and the value is from 4.96 to 4.75 for the mid-support cross-section. The studied bridge shows no safety risk under traffic growth and structural deterioration owing to its high design safety reserve. However, applying the proposed numerical approach to analyze the degradation of residual bearing capacity for bridge structures with low safety reserves is of great significance for management and maintenance.
Masonry arch bridges present a large segment of Iranian railway bridge stock. The ever increasing trend in traffic requires constant health monitoring of such structures to determine their load carrying capacity and life expectancy. In this respect, the performance of one of the oldest masonry arch bridges of Iranian railway network is assessed through field tests. Having a total of 11 sensors mounted on the bridge, dynamic tests are carried out on the bridge to study the response of bridge to test train, which is consist of two 6-axle locomotives and two 4-axle freight wagons. Finite element model of the bridge is developed and calibrated by comparing experimental and analytical mid-span deflection, and verified by comparing experimental and analytical natural frequencies. Analytical model is then used to assess the possibility of increasing the allowable axle load of the bridge to 25 tons. Fatigue life expectancy of the bridge is also assessed in permissible limit state. Results of F.E. model suggest an adequacy factor of 3.57 for an axle load of 25 tons. Remaining fatigue life of Veresk is also calculated and shown that a 0.2% decrease will be experienced, if the axle load is increased from 20 tons to 25 tons.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.15
no.1
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pp.57-64
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2015
This paper shows the test results of continuous reinforced concrete beams with external post-tensioning rods. Six three-span beams were prepared and tested to fail. Three beams were designed to have flexure-dominating behavior and the others to have shear-critical behavior. In each group, one beam without external post-tensioning rods was designated as a control beam and two beams had the external post-tensioning rods of 18 mm or 22 mm diameter. External post-tensioning rods were installed within an interior span of 6000 mm. They show V-shaped configuration because two anchorages were located at the top of interior supports and a saddle pin at mid-span was installed at the bottom of the beam. Test results show that the load and shear capacities of strengthened beams were increased when compared with the control beam. Additionally, the measured shear strength was compared with the strength predicted by ACI 318-11 code equations. The detailed ACI 318-11 equation predicted the measured shear strength and failure location of the continuous beam reasonably well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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