Punching shear is a brittle failure that occurs within the RC flat slabs where stresses are concentrated within small regions, resulting in a catastrophic and unfavorable progressive collapse. However, increasing the slab slenderness ratio is believed to significantly affect the slab's behavior by the induced strain values throughout the slab depth. This study examines the punching shear behavior of flat slabs by the nonlinear finite element analysis approach using ABAQUS software, where 72 models were investigated. The parametric study includes the effect of opening existence, opening-to-column ratio (O/C), temperature level, slenderness ratio (L/d), and flexural reinforcement rebar diameter. The behavior of the punching shear failure was fully examined under elevated temperatures which was not previously considered in detail along with the combined effect of the other sensitive parameters (opening size, slab slenderness, and reinforcement rebar size). It has been realized that increasing the slab slenderness has a major role in affecting the slab's structural behavior, besides the effect of the flexural reinforcement ratio. Reducing the slab's slenderness from 18.27 to 5.37 increased the cracking load by seven times for the slab without openings compared to nine times for the initial stiffness value. In addition, the toughness capacity is reduced up to 80% upon creating an opening, where the percentage is further increased by increasing the opening size by about an additional 10%. Finally, the ultimate deflection capacity of flat slabs with an opening is increased compared to the solid slab with the enhancement being increased for openings of larger size, larger depths, and higher exposure temperature.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.1
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pp.79-88
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2023
In this study, a development of the rust formation arising from steel corrosion was modelled to quantify the structural impact in steel reinforced concrete. The interfacial gap, cover depth and diameter of steel rebar were taken for variables in modelling. It was found that the interfacial gap was the most influencing on the structural limit at steel corrosion, followed by steel diameter and cover depth. At 75 mm of cover depth with 20 mm of the steel diameter, the rust amount to reach cracking accounted for 16.95-27.69 ㎛ to 1-10 ㎛ of the interfacial gap. It was found that there was no risk of cracking and structural limit until the rust was formed within the interfacial gap. With a further formation of rust, the concrete section was successively behaved to yielding, cracking and failure. Additionally, the interfacial gap was the most dominant parameter for the rust amount to reach the cracking of concrete at the interfacial zone, whilst the cover depth had a marginal effect on cracking but had a crucial influence on the rust to failure.
In this study, the tensile strength of 321 full-sized grout-filled splice steeve specimens were compared and analyzed in order to afford the data for a reasonable and economical design of this system. The experimental variables analyzed in this study were embedment length of reinforcing bars, compressive strength of grout, sleeve geometry, loading pattern and final failure mode of specimen. Following main conclusions are obtained : 1) The strength of grout-filled splice sleeve tends to be improved with increasing compressive strength of grout and embedment length of reinforcing bars. Specially this tendency appears apparent in specimens of bond failure rather than rebar failure. 2) The results of this study show that the sleeve geometry have influence on the bond strength of grout-filled splice sleeve. 3) The grout-filled splice sleeve of bond failure don't show the difference of tensile strength according to size of rebar. 4) It is verified that the tensile strength required in ACI and domestic code is retained either when the compressive strength of grout over 70 MPa is used with embedment length of reinforcing bars over 4.5d or when the compressive strength of grout over 80 MPa is used with embedment length of rebars over 3.9d. 5) It is verified that the tensile strength required in AIJ code is retained in case when the embedment length of reinforcing bars is 0.8 times the rebar diameter longer than in ACI code.
Steel Plate for Rebar Connection was recently developed to splice rebars in delayed slab-wall joints in high-rise building, slurry wall-slab joints, temporary openings, etc. It consists of several couplers and a thin steel plate with shear key. Cyclic loading tests on slab-wall joints were conducted to verify structural behavior of the joints having Steel Plate for Rebar Connection. For comparison, joints with Rebend Connection and without splices were also tested. The joints with Steel Plate for Rebar Connection showed typical flexural behavior in the sequence of tension re-bar yielding, sufficient flexural deformation, crushing of compression concrete, and compression rebar buckling. However, the joints with Rebend Connection had more bond cracks in slabs faces and spalling in side cover-concrete, even though elastic behavior of the joints was similar to that of the joints with Steel Plate for Re-bar Connection. Consequently, the joints with Rebend Connection had less strengths and deformation capacities than the joints with Steel Plate for Re-bar Connection. In addition, stiffness of the joints with Rebend Connection degraded more rapidly than the other joints as cyclic loads were applied. This may be caused by low elastic modulus of re-straightened rebars and restraightening of kinked bar. For two types of diameters (13mm and 16mm) and two types of grades (SD300 and SD400) of rebars, the joints with Steel Plate for Rebar Connection had higher strength than nominal strength calculated from actual material properties. On the contrary, strengths of the joints with Rebend Connection decreased as bar diameter increased and as grade becames higher. Therefore, Rebend Connection should be used with caution in design and construction.
Milicevic, Ivan;Milosavljevic, Branko;Pavlovic, Marko;Spremic, Milan
Steel and Composite Structures
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v.36
no.3
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pp.321-337
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2020
Contemporary design and construction of steel-concrete composite structures employs the use of prefabricated concrete elements and demountable shear connectors in order to reduce the construction time and costs and enable dismantling of elements for their potential reuse at the end of life of buildings. Bolted shear connector with mechanical coupler is presented in this paper. The connector is assembled from mechanical coupler and rebar anchor, embedded in concrete, and steel bolt, used for connecting steel to concrete members. The behaviour and ultimate resistance of bolted connector with mechanical coupler in wide and narrow members were analysed based on push-out tests and FE analyses conducted in Abaqus software, with focus on concrete edge breakout and bolt shear failure modes. The effect of concrete strength, concrete edge distance and diameter and strength of bolts on failure modes and shear resistance was analysed. It was demonstrated that premature failure by breakout of concrete edge occurs when connectors are located 100 mm or closer from the edge in low-strength and normal-strength reinforced concrete. Furthermore, the paper presents a relatively simple model for hand calculation of concrete edge breakout resistance when bolted connectors with mechanical coupler are used. The model is based on the modification of prediction model used for cast-in and post-installed anchors loaded parallel to the edge, by implementing equivalent influence length of connector with variable diameter. Good agreement with test and FE results was obtained, thus confirming the validity of the proposed method.
Oh, Kwang Chin;Kim, Jong Ho;Rhee, Jong Woo;Lee, Yun Hyang
Journal of Korean Society of societal Security
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v.3
no.1
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pp.25-32
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2010
Detecting rebars in side the concrete structures is one of the important steps in assessing condition of the structure. In order to determine the detection capability of locating rebars inside the concrete, two types of equipments, which use radar system and electromagnetic system each, were tested. Four concrete specimens which have the dimensions of $1,000mm(length){\times}300mm(width)$ with different thickness and diameter of steel bars were applied. A series of testing was achieved after drying in air for 90 days, immersed in water for 3, 24, 48 hour and 28 day. From the experimental outcome, it is shown that error is increased as the diameter of rebar enlarge in case of electromagnetic method. In case of radar method, the detection of embedded rebars in deep is good in the view of reliability. As moisture content increase from 3.6% to 5.5%, the relative permittivity of concrete test specimens show tendency to increase, too. Therefore, it is shown that moisture content is one of the major contributing factors to determine the relative permittivity. And the relative permittivity regression equation is suggested.
Ahmad, Sohaib;Pilakoutas, Kypros;Rafi, Muhammad M.;Zaman, Qaiser U.
Computers and Concrete
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v.22
no.2
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pp.249-259
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2018
This paper presents Artificial Neural Network (ANN) models for evaluating bond strength of deformed, plain and cold formed bars in low strength concrete. The ANN models were implemented using the experimental database developed by conducting experiments in three different universities on total of 138 pullout and 108 splitting specimens under monotonic loading. The key parameters examined in the experiments are low strength concrete, bar development length, concrete cover, rebar type (deformed, cold-formed, plain) and diameter. These deficient parameters are typically found in non-engineered reinforced concrete structures of developing countries. To develop ANN bond model for each bar type, four inputs (the low strength concrete, development length, concrete cover and bar diameter) are used for training the neurons in the network. Multi-Layer-Perceptron was trained according to a back-propagation algorithm. The ANN bond model for deformed bar consists of a single hidden layer and the 9 neurons. For Tor bar and plain bars the ANN models consist of 5 and 6 neurons and a single hidden layer, respectively. The developed ANN models are capable of predicting bond strength for both pull and splitting bond failure modes. The developed ANN models have higher coefficient of determination in training, validation and testing with good prediction and generalization capacity. The comparison of experimental bond strength values with the outcomes of ANN models showed good agreement. Moreover, the ANN model predictions by varying different parameters are also presented for all bar types.
The steel fiber reinforced concrete may affect substantially to the tension stiffening at post cracking behavior. Even if several tension stiffening models exist, they are for plain and normal strength concrete. Thus, the development of tension stiffening models for steel fibrous high strength RC members are necessary at this time when steel fiber reinforced and high strength concretes are common in use. This paper presents tension stiffening effects from experimental results on direct tension members with the main variables such as concrete strength, concrete cover depth, steel fiber quantity and aspect ratio. The comparison of existing models against experimental results indicated that linear reduced model closely estimated the test results at normal strength level but overestimated at high strength level. Discontinuity stress reduced model underestimated at both strength levels. These existing models were not valid enough in applying at steel fibrous high strength concrete because they couldn't consider the concrete strength nor section area. Thus, new tension stiffening models for high strength and steel fiber reinforced concrete were proposed from the analysis of experimental results, considering concrete strength, rebar diameter, concrete cover depth, and steel fiber reinforcement.
A series of reinforced G109 type specimens was fabricated and pended with a 15 weight percent NaCl solution. Mix design variables included 1) two cement alkalinities (equivalent alkalinities of 0.32 and 1.08), 2) w/c 0.50 and 3) two rebar surface conditions (as-received and wire-brushed). Potential and macro-cell current between top and bottom bars were monitored to determine corrosion initiation time. Once corrosion was initiated, the specimen was ultimately autopsied to perform visual inspection, and the procedure included determination of the number and size of air voids along the top half of the upper steel surface. This size determination was based upon a diameter measurement assuming the air voids to be half spheres or ellipse. The followings were reached based upon the visual inspection of G109 specimens that were autopsied to date. First, voids at the steel-concrete interface facilitated passive film breakdown and onset of localized corrosion. Based upon this, the initiation mechanism probably involved a concentration cell with contiguous concrete coated and bare steel serving as cathodes and anodes, respectively. Second, the corrosion tended to initiate at relatively large voids. Third, specimens with wire-brushed steel had a lower number of voids at the interface for both cement alkalinities, suggesting that air voids preferentially formed on the rough as-received surface compared to the smooth wire brushed one.
This paper describes the results obtained from 11 direct tension tests to explore the influence of concrete strength on tension stiffening behavior in reinforced concrete axial members. Three different concrete compressive strengths, 250, 650, and 900kgf/$\textrm{cm}^2$, were included as a main variable, while the ratio of cover thickness-to-rebar diameter was kept constant to be 2.62 to prevent from splitting cracking. As the results, it was appeared that, as higher concrete strength was used, less tension stiffening effect was resulted, and the residual deformation upon unloading was larger. In addition, the spacing between adjacent transverse cracks became smaller with higher concrete strength. The major cause for those results may be attributed to the fact that nonuniform bond stress concentration at both loaded ends and crack sections becomes severer as higher concrete is used, thereby local bond failure becomes more susceptible. From these findings, it would be said the increase in flexural stiffness resulting from using high-strength concrete will be much smaller than that predicted by the conventional knowledge. Finally, a factor accunting for concrete strength was introduced to take account for the effect of HSC on tension stiffening. This proposed equation predicts well the tension stiffening for the effect of HSC on tension stiffening. This proposed equation predicts well the tension stiffening behavior of these tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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