This study generalizes the lateral load-displacement relationship of reinforced concrete shear walls from the section analysis for moment-curvature response to straightforwardly evaluate the flexural capacity and ductility of such members. Moment and curvature at different selected points including the first flexural crack, yielding of tensile reinforcing bar, maximum strength, 80% of the maximum strength at descending branch, and fracture of tensile reinforcing bar are calculated based on the strain compatibility and equilibrium of internal forces. The strain at extreme compressive fiber to determine the curvature at the descending branch is formulated as a function of reduction factor of maximum stress of concrete and volumetric index of lateral reinforcement using the stress-strain model of confined concrete proposed by Razvi and Saatcioglu. The moment prediction models are simply formulated as a function of tensile reinforcement index, vertical reinforcement index, and axial load index from an extensive parametric study. Lateral displacement is calculated by using the moment area method of idealized curvature distribution along the wall height. The generalized lateral load-displacement relationship is in good agreement with test result, even at the descending branch after ultimate strength of shear walls.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.11
no.3
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pp.9-15
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2011
The flexural behavior of the UHPFRC rectangular beam which has 100 MPa, 140 MPa compressive strength were compared with that of the typical RPC rectangular beam which has same geometrical shape, prestressd force and 160 MPa compressive strength. UHPFRC beam was not reinforced at all and the variable of test is fraction of steel fiber, compressive strength of concrete, method of prestressing and ratio of prestressing bar. The behavior of UHPFRC beam was analysed by relationship of moment - curvature and load - deflection. Simple modeling of stress-strain of UHPFRC was proposed. Based on the proposed constituted, the flexural moment-curvature relationship was calculated and compared with experimental data on prestressed UHPFRC beams. Good agreement between calculated strengths and experimental data is obtained.
Steel fibre-reinforced concrete (SFRC) is an emerging class of composite for construction. However, a reliable method to assess the flexural behaviour of SFRC structural member is in lack. An analytical technique is proposed for determining the moment-curvature response of concrete beams reinforced with steel fibres and longitudinal bars (R/SFRC members). The behaviour of the tensile zone of such members is highly complex due to the interaction between the residual (tension softening) stresses of SFRC and the tension stiffening stresses. The current study suggests a transparent and mechanically sound method to combine these two stress concepts. Tension stiffening is modelled by the reinforcement-related approach assuming that the corresponding stresses act in the area of tensile reinforcement. The effect is quantified based on the analogy between the R/SFRC member and the equivalent RC member having identical geometry and materials except fibres. It is assumed that the resultant tension stiffening force for the R/SFRC member can be calculated as for the equivalent RC member providing that the reinforcement strain in the cracked section of these members is the same. The resultant tension stiffening force can be defined from the moment-curvature relation of the equivalent RC member using an inverse technique. The residual stress is calculated using an existing model that eliminates the need for dedicated mechanical testing. The proposed analytical technique was validated against test data of R/SFRC beams and slabs.
A reliable and accurate method has been developed to predict the flexural deformation response of structural concrete members subject to service load. The method that has been developed relates the extent of concrete cracking, measured as a function of the magnitude of applied moment in a member, to the reduction in the effective moment of inertia of cracked reinforced concrete members under service load conditions. The ratio of the area of the moment diagram where the moment exceeds the cracking moment, to the total area of the moment diagram for any loading, provides the basis for the calculation of the effective moment of inertia. This ratio also represents mathematically a probability of crack occurrence. Verification of this method for the determination of the effective moment of inertia has been achieved from an experimental test program, and has included beam tests with different loading configurations, and shear wall tests subjected to a range of vertical and lateral load levels. Further verification of this method has been made with reference to the experimental investigation of other recently published work.
Moment-thrust-curvatures ($M-P-{\Phi}$ curves) are fundamental quantities for detailed descriptions of basic properties such as stiffness and strength of a section under axial loads required for accurate computation of the deformations of reinforced concrete or composite columns. Currently, the finite-element-based methods adopting small fibers for analyzing a section are commonly used for generating the $M-P-{\Phi}$ curves and they require large amounts of computational time and effort. Further, the conventional numerical procedure using the force-control method might encounter divergence problems under high compression or tension. Therefore, this paper proposes a divergence-free approach, combining the use of the displacement-control and the Quasi-Newton scheme in the incremental-iterative procedure, for generating the $M-P-{\Phi}$ curves of arbitrary sections. An efficient method for computing the strength from concrete components is employed, where the stress integration is executed by layer-based algorithms. For easy modeling of residual stress, cross sections of structural steel components are meshed into fibers for strength resultants. The numerical procedure is elaborated in detail with flowcharts. Finally, extensive validating examples from previously published research are given for verifying the accuracy of the proposed method.
The present study shows the moment-average curvature relationship and effective inertia moment of RC beams obtained from the nonlinear analysis based on the parabola-rectangular stress-strain curve defined in EC-2 code. The variables examined are concrete strength and steel ratio, and moment-average curvature relationship and effective inertia moment obtained are compared with those of the current KCI provisions. As the results of the comparison, the followings could be said: Since the KCI provisions(the Branson method) were originally derived based on the experimental data ranged from 2.2 to 4 of $M/M_{cr}$ and 1.3 to 3.5 of $I_{ut}/I_{cr}$, thereby within these ranges the inertia moments obtained from the nonlinear analysis are closely agreed with those predicted by the Branson method. However, beyond those range the remarkable difference could be found between the two results. In particular, for beams having low steel ratio the inertia moment resulted from the nonlinear analysis are significantly smaller than those obtained from the KCI(Branson) method. This result may imply that the deflection of lightly reinforced members, such as slabs in buildings, becomes much larger than those calculated according to the current design provisions.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.324-330
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2005
The flexural strength and ductility capacity of reinforced concrete columns are largely dependent on the amount of transverse steel. However, current design code does not specify the confinement effect of transverse steels in strength calculation. A non-linear moment-curvature analysis of RC column sections was conducted in order to develop PM interaction diagram considering transverse reinforcement effects. In this paper, a more reasonable application method of PM interaction diagram considering transverse steel amounts is introduced and proposed, based on moment-curvature non-linear analysis. Also, we proposed simplified method to use. easily in practical design.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.175-182
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1998
An analytical study to trace the nonlinear structural behavior of composite beams is undertaken to include the nonlinear material properties of steel sheeting, reinforcing steel bar and concrete. To trace Moment-curvature relations, sectioning analysis method and two simple formulas are developed. A simple power model which has been originally used to expect the flexural capacity of the beam to column connections is proposed and the second formula is composed of two experimental functions to express the Moment-curvature relation in the elastic and plastic range separately. The load-deflection behavior of the beams has been simulated by the step-by-step numerical integration method and is compared with the test results available.
This study is a series of experimental investigations of the buckling strengths of eccentrically compressed, cold-formed, stainless-steel, circular, hollow-section beam columns. The principal parameters that were used in this study were the slenderness ratios (Lk/r = 30, 50, 70) and the magnitude of eccentricity e(one way: 0, 25, 50, 75, and 100mm: the other way: 0, 12.5, 25, 37.5, and 50mm) on the asymmetrical end-moment of a double curvature. The objectives of the study were to obtain the maximum loads through an experiment and to compare the experimental behaviors with the analysis results. The ultimate buckling strength of the square section members were evaluated using a numerical method, in accordance with the bending moment-axial force(M-P) interaction curves. The behavior of each specimen was displayed in the form of the strength-displacement and moment-angle(M-$\theta$) relationship.
For performance-based design using nonlinear static analysis, it is required to predict the inelastic behavior of structural members accurately. In the present study, a nonlinear numerical analysis was peformed to develop the method describing the moment-curvature relationship of structural wall with boundary confinement. Through the numerical analysis, variations of behavioral characteristics and failure mechanism with the arrangement of vertical reinforcement and the length of boundary confinement were studied. According to the analysis, the maximum moment-carrying capacity of structural walls with adequately confined boundary elements is developed at the moment the unconfined concrete reaches the ultimate compressive strain. Walls with flexural re-bars concentrated on the boundaries fails in a brittle manner. As vortical re-bars in the web increases, the brittle failure is prevented and a ductile failure occurs. Based on the findings, moment-curvature curves for walls with a variety of re-bar arrangement were developed. According to the proposed relationships, deformability of the structural walls wth boundary confinement increases as the compressive strength of the confined concrete increases compared to the applied compressive force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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