A new composite reinforced method, namely self-compacting concrete filled circular CFRP-steel jacketing, was proposed in this paper. Experimental tests on eight RC square short columns reinforced with the new composite reinforced method and four RC square short columns reinforced with CFS jackets were conducted to investigate their eccentrically compressive behaviour. Nine reinforced columns were subjected to eccentrically compressive loading, while three reinforced columns were subjected to axial compressive loading as reference. The parameters investigated herein were the eccentricity of the compressive loading and the layer of CFRP. Subsequently, the failure mode, ultimate load, deformation and strain of these reinforced columns were discussed. Their failure modes included the excessive bending deformation, serious buckling of steel jackets, crush of concrete and fracture of CFRP. Moreover, these reinforced columns exhibited a ductile failure globally. Both the eccentricity of the compressive loading and the layer of CFRP had a significant effect on the eccentrically compressive behaviour of reinforced columns. Finally, formulae for the evaluation of the ultimate load of reinforced columns were proposed. The theoretical formulae based on the ultimate equilibrium theory provided an effective, acceptable and safe method for designers to calculate the ultimate load of reinforced columns under eccentrically compressive loading.
Shaheen, Yousry B.I.;Mahmoud, Ashraf M.;Refat, Hala M.
Structural Engineering and Mechanics
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제64권2호
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pp.155-171
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2017
This paper presents a proposed method for producing reinforced composite concrete columns reinforced with various types of metallic and non metallic mesh reinforcement. The experimental program includes casting and testing of twelve square columns having the dimensions of $100mm{\times}100mm{\times}1000mm$ under concentric compression loadings. The test samples comprise all designation specimens to make comparative study between conventionally reinforced concrete column and concrete columns reinforced with welded steel mesh, expanded steel mesh, fiber glass mesh and tensar mesh. The main variables are the type of innovative reinforcing materials, metallic or non metallic, the number of layers and volume fraction of reinforcement. The main objective is to evaluate the effectiveness of employing the new innovative materials in reinforcing the composite concrete columns. The results of an experimental investigation to examine the effectiveness of these produced columns are reported and discussed including strength, deformation, cracking, and ductility properties. Non-linear finite element analysis; (NLFEA) was carried out to simulate the behavior of the reinforced concrete composite columns. The numerical model could agree the behavior level of the test results. ANSYS-10.0 Software. Also, parametric study is presented to look at the variables that can mainly affect the mechanical behaviors of the model such as the change of column dimensions. The results proved that new reinforced concrete columns can be developed with high strength, crack resistance, and high ductility properties using the innovative composite materials.
The paper is intended to propose design strength of slender steel reinforced beam-columns by using the modified superposed method. The design of composite members is carried out by a superposed strength method in AIJ (Architectural Institute of Japan) design method. The bearing capacities of the steel part and the concrete part have to be determined separately and then added to a combined capacity. Authors have proposed a new superposed method in a modified form for the slender composite beam-columns and reinforced column. The modified superposed method is adopted for the slender steel reinforced beam-columns. Validation of the modified superposed method is undertaken by comparison with analytical results calculated assuming a sine curve deflected shape of the beam-columns, and with the test results conducted in Japan.
This paper deals with the free vibration behavior of rotating composite beams reinforced with carbon nanotubes (CNTs) under uniform thermal loads. The temperature-dependent beam material is assumed to be a mixture of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in an isotropic matrix and five different functionally graded (FG) distributions of CNTs are considered according to the variation along the thickness, namely the UD-uniform, FG-O, FG-V, FG-Λ and FG-X distributions where FG-V and FG-Λ are unsymmetrical patterns. Considering the Timoshenko beam theory (TBT), a new finite element formulation of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FGCNTRC) beam is created for the first time. And the effects of several essential parameters including rotational speed, hub radius, effective material properties, slenderness ratio, boundary conditions, thermal force and moments due to temperature variation are considered in the formulation. By implementing different boundary conditions, some new results of both symmetric and non-symmetrical distribution patterns are presented in tables and figures to be used as benchmark for further validation. In addition, as an alternative advanced composite application for rotating systems exposed to thermal load, the positive effects of CNT addition in improving the dynamic performance of the system have been observed and the results are presented in several tables and figures.
The paper presents the thermo-mechanically induced non-linear response of multiwall carbon nanotube reinforced laminated composite beam (MWCNTRCB) supported by elastic foundation using higher order shear deformation theory and von-Karman non-linear kinematics. The elastic properties of MWCNT reinforced composites are evaluated using Halpin-Tsai model by considering MWCNT reinforced polymer matrix as new matrix by dispersing in it and then reinforced with E-glass fiber in an orthotropic manner. The laminated beam is supported by Pasternak elastic foundation with Winkler cubic nonlinearity. A generalized static analysis is formulated using finite element method (FEM) through principle of minimum potential energy approach.
A post-tensioned reinforced concrete slab bridge is analyzed by specially orthotropic laminate theory. Symmetrically reinforced slab with tension and compression steel is considered for convenience of analysis. Each longitudinal and transverse steel layer is regarded as a lamina, and material constants of each lamina is calculated by the use of the rule of mixture. This bridge is under uniformly distributed vertical loads, and axial loads and end moments due to post-tensioning. In this paper, finite difference method is used for numerical analysis of this bridge. Theory and analysis method of specially orthotropic laminate plates used in this paper can be used for design of new bridges, and maintenance and repair of old bridges.
The analysis method proposed by PCA is widely used in calculating the column shortening of reinforced and composite columns of a tall building. However, residual creep factor which relates creep strain of reinforced concrete to creep strain of plain concrete is based on Rate of Creep Method (RCM) which has theoretical defects and is considered obsolete. In this paper, a new equation for the residual creep factor based on Age-adjusted Effective Modulus Method (AEMM) which is considered exact and better than RCM is proposed. The residual creep factor by RCM is found to be higher than one by AEMM, which means current PCA method overestimates the shortening of a reinforced concrete column. By using the residual creep factor by AEMM, more exact column shortening of a tall building can be obtainable with a simple modification to PCA method.
In this study a new innovative method of earthquake-resistant strengthening of reinforced concrete structures is presented for the first time. Strengthening according to this new method consists of the construction of steel fiber ultra-high-strength concrete jackets without conventional reinforcement which is usually applied in the construction of conventional reinforced concrete jackets. An innovative solution is proposed also for the first time that ensures a satisfactory seismic performance of existing reinforced concrete structures, strengthened by using composite materials. The weak point of the use of such materials in repairing and strengthening of old R/C structures is the area of beam-column joints. According to the proposed solution, the joints can be strengthened with a steel fiber ultra-high-strength concrete jacket, while strengthening of columns can be achieved by using CFRPs. The experimental results showed that the performance of the subassemblage strengthened with the proposed mixed solution was much better than that of the subassemblage retrofitted completely with CFRPs.
In global competition manufacturing companies have to produce modern, new constructions from advanced materials in order to increase competitiveness. The aim of my research was to develop a new composite cellular plate structure, which can be primarily used for structural elements of road, rail, water and air transport vehicles (e.g. vehicle bodies, ship floors). The new structure is novel and innovative, because all materials of the components of the newly developed structure are composites (laminated Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) deck plates with pultruded Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) stiffeners), furthermore combines the characteristics of sandwich and cellular plate structures. The material of the structure is much more advantageous than traditional steel materials, due mainly to its low density, resulting in weight savings, causing lower fuel consumption and less environmental damage. In the study the optimal construction of a given geometry of a structural element of a road truck trailer body was defined by single- and multi-objective optimization (minimal cost and weight). During the single-objective optimization the Flexible Tolerance Optimization method, while during the multi-objective optimization the Particle Swarm Optimization method were used. Seven design constraints were considered: maximum deflection of the structure, buckling of the composite plates, buckling of the stiffeners, stress in the composite plates, stress in the stiffeners, eigenfrequency of the structure, size constraint for design variables. It was confirmed that the developed structure can be used principally as structural elements of transport vehicles and unit load devices (containers) and can be applied also in building construction.
Uncertainty in concrete properties, including concrete modulus of elasticity and modulus of rupture, are predicted by developing a microstructural homogenization model. The homogenization model is developed by analyzing a concrete representative volume element (RVE) using the finite element (FE) method. The concrete RVE considers concrete as a three phase composite material including: cement paste, aggregate and interfacial transition zone (ITZ). The homogenization model allows for considering two sources of variability in concrete, randomly dispersed aggregates in the concrete matrix and uncertain mechanical properties of composite phases of concrete. Using the proposed homogenization technique, the uncertainty in concrete modulus of elasticity and modulus of rupture (described by numerical cumulative probability density function) are determined. Deflection uncertainty of reinforced concrete (RC) beams, propagated from uncertainties in concrete properties, is quantified using Monte Carlo (MC) simulation. Cracked plane frame analysis is used to account for tension stiffening in concrete. Concrete homogenization enables a unique opportunity to bridge the gap between concrete materials and structural modeling, which is necessary for realistic serviceability prediction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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