The stress-strain relationship of polymer concrete flexural member was evaluated using C-shaped polyester concrete specimen, the compressive strength of which is 1400 kgf/$\textrm{cm}^2$. Eccentric compression test was performed to estimate the parameters, ${\alpha}$, ${\beta}$1, ${\gamma}$ for equivalent rectangular stress block. The ultimate moment strength ware obtained from the bending test on reinforced polymer concrete beams which were prepared with S different tensile steel ratios with a shear span ratio of 4.0. These values were compared with theoretical ultimate moment strengths, which were obtained using the parameters ${\alpha}$=0.61 and ${\beta}$1=0.73 from stress-stain curves of C-shaped specimens. The results showed that, when tensile steel ratio was over 0.50 $\rho$b, the experimentally obtained moment strengths were well matched with theoretically calculated values. In order to develop accurate criteria for polymer concrete flexural members, however, many other expermental studies for parameter determination are necessary using C-shaped specimens which have various compressive strengths and different sizes.
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.
Commonly in steel frames, steel beam and concrete slab are connected together by shear keys to work as a unit member which is called composite beam. When a composite beam is subjected to positive bending, flexural strength and stiffness of the beam can be increased due to "composite action". At the same time despite these advantages, composite action increases the strain at the beam bottom flange and it might affect beam plastic rotation capacity. This paper presents results of study on the rotation capacity of composite beam connected to Rectangular Hollow Section (RHS) column in the steel moment resisting frame buildings. Due to out-of-plane deformation of column flange, moment transfer efficiency of web connection is reduced and this results in reduction of beam plastic rotation capacity. In order to investigate the effects of width-to-thickness ratio (B/t) of RHS column on the rotation capacity of composite beam, cyclic loading tests were conducted on three full scale beam-to-column subassemblies. Detailed study on the different steel beam damages and concrete slab damages are presented. Experimental data showed the importance of this parameter of RHS column on the seismic behavior of composite beams. It is found that occurrence of severe concrete bearing crush at the face of RHS column of specimen with smaller width-to-thickness ratio resulted in considerable reduction on the rate of strain increase in the bottom flange. This behavior resulted in considerable improvement of rotation capacity of this specimen compared with composite and even bare steel beam connected to the RHS column with larger width-to-thickness ratio.
The cross-sectional shape factor is used worldwide to evaluate the scientific performance of fire-resistant structures. In South Korea, however, a system for applying a cross-sectional shape factor has not been arranged and circular or rectangular steel pipes are commonly used for large-scale steel frame buildings. On the other hand, coating material-spray steel beams and pillars that have received the certification of a fire-resistant structure from recognized organizations are mostly limited to a H-beam. A H-beam is granted a wide range of certifications without size limitations from a non-loading performance test with test standards based on the relevant provisions. Other types of steel pipe are to be certified for fireresistance according to shape. In this study, a cross-sectional shape factor was used to propose standard testing specifications for the application of coating material-sprayed circular and rectangular steel pipes, eventually to set the scope of certification for reasonable fire-resistant structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.2
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pp.71-82
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2022
This paper presents the effect on the inelastic behavior and structural performance of concrete and filled steel pipe through a numerical method for reliable judgment under various load conditions of the CJS composite structural system. Variable values optimized for the CJS synthetic structural system and the effects of multiple variables used for finite element analysis to present analytical modeling were compared and analyzed with experimental results. The Winfrith concrete model was used as a concrete material model that describes the confinement effect well, and the concrete structure was modeled with solid elements. Through geometric analysis of shell and solid elements, rectangular steel pipe columns and steel elements were modeled as shell elements. In addition, the slip behavior of the joint between the concrete column and the rectangular steel pipe was described using the Surface-to-Surface function. After finite element analysis modeling, simulation was performed for cyclic loading after assuming that the lower part of the foundation was a pin in the same way as in the experiment. The analysis model was verified by comparing the calculated analysis results with the experimental results, focusing on initial stiffness, maximum strength, and energy dissipation capability.
In the present study, the nonlinear magneto-electro-mechanical free vibration behavior of rectangular double-bonded sandwich microbeams based on the modified strain gradient theory (MSGT) is investigated. It is noted that the top and bottom sandwich microbeams are considered with boron nitride nanotube reinforced composite face sheets (BNNTRC-SB) with electrical properties and carbon nanotube reinforced composite face sheets (CNTRC-SB) with magnetic fields, respectively, and also the homogenous core is used for both sandwich beams. The connections of every sandwich beam with its surrounding medium and also between them have been carried out by considering Pasternak foundations. To take size effect into account, the MSGT is introduced into the classical Timoshenko beam theory (CT) to develop a size-dependent beam model containing three additional material length scale parameters. For the CNTRC and BNNTRC face sheets of sandwich microbeams, uniform distribution (UD) and functionally graded (FG) distribution patterns of CNTs or BNNTs in four cases FG-X, FG-O, FG-A, and FG-V are employed. It is assumed that the material properties of face sheets for both sandwich beams are varied in the thickness direction and estimated through the extended rule of mixture. On the basis of the Hamilton's principle, the size-dependent nonlinear governing differential equations of motion and associated boundary conditions are derived and then discretized by using generalized differential quadrature method (GDQM). A detailed parametric study is presented to indicate the influences of electric and magnetic fields, slenderness ratio, thickness ratio of both sandwich microbeams, thickness ratio of every sandwich microbeam, dimensionless three material length scale parameters, Winkler spring modulus and various distribution types of face sheets on the first two natural frequencies of double-bonded sandwich microbeams. Furthermore, a comparison between the various beam models on the basis of the CT, modified couple stress theory (MCST), and MSGT is performed. It is illustrated that the thickness ratio of sandwich microbeams plays an important role in the vibrational behavior of the double-bonded sandwich microstructures. Meanwhile, it is concluded that by increasing H/lm, the values of first two natural frequencies tend to decrease for all amounts of the Winkler spring modulus.
The direct strength method (DSM) has been adopted by the NAS (2004) and AS/NZS 4600 (2005) for the design of cold-formed steel members. The method can be successfully applied to the design of welded steel members. This paper reviews the development of the DSM for welded steel structural members. The design strength formulae for welded section columns and beams for the DSM are based on the test results performed on welded H-section, C-section, circular and rectangular hollow section columns, plate girders and stiffened plates. The comparison between the design strength of welded sections predicted by the DSM and that estimated by existing specifications is also provided. The comparison verifies that the DSM can properly predict the compressive, flexural and shear strength of welded section columns and beams with the interaction between local and overall buckling.
Hedayati, P.;Azhari, M.;Shahidi, A.R.;Bradford, M.A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.26
no.6
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pp.673-685
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2007
Reinforced concrete beams can be strengthened in a structural retrofit process by attaching steel plates to their sides by bolting. Whilst bolting produces a confident degree of shear connection under conditions of either static or seismic overload, the plates are susceptible to local buckling. The aim of this paper is to investigate the local buckling of unilaterally-restrained plates with point supports in a generic fashion, but with particular emphasis on the provision of the restraints by bolts, and on the geometric configuration of these bolts on the buckling loads. A numerical procedure, which is based on the Rayleigh-Ritz method in conjunction with the technique of Lagrange multipliers, is developed to study the unilateral local buckling of rectangular plates bolted to the concrete with various arrangements of the pattern of bolting. A sufficient number of separable polynomials are used to define the flexural buckling displacements, while the restraint condition is modelled as a tensionless foundation using a penalty function approach to this form of mathematical contact problem. The additional constraint provided by the bolts is also modelled using Lagrange multipliers, providing an efficacious method of numerical analysis. Local buckling coefficients are determined for a range of bolting configurations, and these are compared with those developed elsewhere with simplifying assumptions. The interaction of the actions in bolted plates during buckling is also considered.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.4
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pp.417-425
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2000
This paper describes the application of discretized continuum-type optimality criteria(DCOC) and the development of optimum design program for the reinforced concrete continuous beams with rectangular cross-section. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, reinforcing steel and formwork is minimized. The design constraints include limits on the maximum deflection, flexural and shear strengths, in addition to ductility requirements, and upper and lower bounds on design variables as stipulated by the design Code. Based on Kuhn-Tucker necessary conditions, the optimality criteria are explicitly derived in terms of the design variables-effective depth, and steel ratio. The self-weight of the beam is included in the equilibrium equation of the real system. An iterative procedure and computer program for updating the design variables are developed. Two numerical examples of reinforced concrete continuous beams are presented to show the applicability and efficiency of the DCOC-based technique.
This paper describes the application of discretized continuum-type optimality criteria (DCOC) and the development of optimum design program for the multispan partially prestressed concrete beams. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, prestressing steel, non-prestressing steel and formwork is minimized. The design constraints include limits on the maximum deflection, flexural and shear strengths, in addition to ductility requirements, and upper and lower bounds on design variables as stipulated by the design Code. Based on Kuhn-Tucker necessary conditions, the optimality criteria are explicitly derived in terms of the design variables-effective depth, eccentricity of prestressing steel and non-prestressing steel ratio. The prestressing profile is prescribed by parabolic functions. The self-weight of the structure is included in the equilibrium equation of the real system, as is the secondary effect resulting from the prestressing force. An iterative procedure and computer program for updating the design variables are developed. Two numerical examples of multispan PPC beams with rectangular cross-section are solved to show the applicability and efficiency of the DCOC-based technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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