Upgrading or strengthening of existing reinforced concrete (RC) infrastructure is an emerging demand nowadays. Near Surface Mounted (NSM) technique is very promising approach for flexural strengthening of RC members. However, premature failure such as concrete cover separation failure have been a main concern in utilizing this technique. In this study, U-wrap end anchorage with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) fabrics is proposed to eliminate the concrete cover separation failure. Experimental programs were conducted to the consequence of U-wrap end anchorage on the flexurally strengthened RC beams with NSM-steel. A total of eight RC rectangular beam specimens were tested. One specimen was kept unstrengthened as a reference; three specimens were strengthened with NSM-steel bars and the remaining four specimens were strengthened with NSM-steel bars and U-wrap end anchorage using CFRP fabrics. A 3D non-linear finite element model (FEM) was developed to simulate the flexural response of the tested specimens. It is revealed that NSM-steel (with and without end-anchors) significantly improved the flexural strength; moreover decreased deflection and strains compared with reference specimen. Furthermore, NSM-steel with end anchorage strengthened specimens revealed the greater flexural strength and improve failure modes (premature to flexure) compared with the NSM-steel without end anchorage specimens. The results also ensured that the U-wrap end anchorage completely eliminate the concrete cover separation failure.
The literature regarding the free vibration analysis of Bernoulli-Euler and Timoshenko beams on elastic soil is plenty, but the free vibration analysis of Reddy-Bickford beams on elastic soil with/without axial force effect using the Differential Transform Method (DTM) has not been investigated by any of the studies in open literature so far. In this study, the free vibration analysis of axially loaded Reddy-Bickford beam on elastic soil is carried out by using DTM. The model has six degrees of freedom at the two ends, one transverse displacement and two rotations, and the end forces are a shear force and two end moments in this study. The governing differential equations of motion of the rectangular beam in free vibration are derived using Hamilton's principle and considering rotatory inertia. Parameters for the relative stiffness, stiffness ratio and nondimensionalized multiplication factor for the axial compressive force are incorporated into the equations of motion in order to investigate their effects on the natural frequencies. At first, the terms are found directly from the analytical solutions of the differential equations that describe the deformations of the cross-section according to the high-order theory. After the analytical solution, an efficient and easy mathematical technique called DTM is used to solve the governing differential equations of the motion. The calculated natural frequencies of one end fixed and the other end simply supported Reddy-Bickford beam on elastic soil using DTM are tabulated in several tables and figures and are compared with the results of the analytical solution where a very good agreement is observed and the mode shapes are presented in graphs.
The purpose of this study is to experimentally investigate the shear behavior of reinforced concrete beams embedded with GFRP (glass fiber reinforced polymer) plate with openings. In this study, the parameters include the shape of reinforcement, reinforcement area, and thickness and width of reinforcements. The test was performed on 9 specimens with shear spanto-depth ratio of 2.8. When the reinforcement area was varied, the GFRP plate showed 3.6 times greater shear strength than steel stirrup. The test result showed that shear strength increased as reinforcement area increased. Also, when the shape of a parallelogram GFRP plate was used, it showed higher shear strength than that with rectangular shape. Effect of thickness and width of reinforcement showed that shear capacity increased as width increased. For a comparison study, a calculation of the shear strength of reinforced beams with GFRP plate based on the ACI 318M-08 was compared with the test results. The test results were compared with the maximum shear reinforcement areas required by ACI 318M-08, CSA-04, and EC2-02 provision.
This paper describes the effect of strain hardening cement composite (SHCC) material on structure performance of reinforced concrete (RC) beams with high-strength reinforcing bar. Also, this paper explores the structure application of SHCC in order to mitigation cracking damage and improve the ductility of flexural RC members. The prediction model for flexural strength of doubly reinforced SHCC beams are investigated in this study. To achieve the these objectives, a total of 6 rectangular beam specimens were tested under four point monotonic loading condition. The main parameters included the types of cement composite and reinforcing bar. Test results indicated that reinforced beam specimens with SHCC material were improved the structure performances and damage characteristics. Specifically, replacement of conventional high-strength concrete with SHCC materials has the potential of high-strength steel bar as flexural reinforcement on RC members. It is remarkable that suggested method of reinforced SHCC beams with high-strength reinforcing bar could be used usefully to the structure design.
Kumaravelan, R.;Ramesh, S.;Gandhi, V.C. Sathish;Agu, M. Joemax;Thanmanaselvi, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.3
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pp.443-454
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2013
A leaf spring, especially the longitudinal type is liable and persistent element in automotive suspension system. In the present scenario the composite materials are widely used in the automobile industries has shown a great interest in the replacement of steel spring due to high strength by weight ratio. Previous investigations focused on stresses and displacement analysis of single leaf spring for different materials. The present work aims to design and analysis of leaf spring for two different cases by considering the Young's modulus to yield strength ratio. In the first case the analysis deals with the design and analysis of a single cantilever solid triangle beam which is an equivalent beam of a spring with three leaves having uniform strength. In the second case a 3-beams of rectangular cross section has been considered which is equivalent to a spring with three leaves. The analysis was carried out based on contact mechanics approach. The results were compared, that the fiberglass composite leaf spring is suitable for high loading capacity, reliability and efficiency.
Zarsav, Saman;Zahrai, Seyed Mehdi;Oskouei, Asghar Vatani
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.6
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pp.1051-1064
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2016
Link-to-column connections in Eccentrically Braced Frames (EBFs) have critical role in their safety and seismic performance. Accordingly, in this study, contribution of supplemental stiffeners on hysteretic behavior of the link-to-column connection is investigated. Considered stiffeners are placed on both sides and parallel to the link web between the column face and the first stiffener of the link. Hysteretic behaviors of the link beams with supplemental stiffeners are numerically investigated using a pre-validated numerical model in ANSYS. It turned out that supplemental stiffeners can change energy dissipation mechanism of intermediate links from shear-flexure to shear. Both rectangular and trapezoidal supplemental stiffeners are studied. Moreover, optimal placement of the supplemental stiffeners is also investigated. Obtained results indicate a discrepancy of less than 9% in maximum link shear of the numerical and experimental specimens. This indicates that the numerical results are in good agreement with those obtained from the test. Trapezoidal supplemental stiffeners improve rotational capacity of the link. Moreover, use of two supplemental stiffeners at both ends of the link can more effectively improve hysteretic behavior of intermediate links. Supplemental stiffeners would also alleviate the imposed demands on the connections. This latter feature is more pronounced in the case of two supplemental stiffeners at both ends of the link.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.20
no.2
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pp.91-101
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2000
Modeling of radiation beam from ultrasonic transducers has been investigated extensively, since it is one of the most important, fundamental issues that have great influence on the accuracy of an ultrasonic measurement model. Here, three popular radiation models, namely the Rayleigh-Sommerfeld integral model, the boundary diffraction wave model and the edge element model, are discussed briefly, and the radiation beam fields from ultrasonic transducers with planar, circular and rectangular cross-sections are calculated using these three models. Then, the accuracy and the time-efficiency of these methods are compared based on the calculation results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.285-287
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2014
Equations of motion for the vibration analysis of rotating pre-twisted beams with functionally graded material properties are derived in this paper. Based on Timoshenko beam theory, the effects of shear and rotary inertia are considered. The pre-twisted beam has a rectangular cross-section and is mounted on a rotating rigid hub with a setting angle. Functionally graded material (FGM) properties are considered along the height direction of the beam. The equations of stretching and bending motion are derived by Kane's method employing hybrid deformation variables. To validate the derived equations, natural frequencies of a rotating FGM pre-twisted beam are compared to those obtained by a commercial software ANSYS. The effects of the pre-twisted angle, slenderness ratio, hub radius, volume fraction exponent, and angular speed on the modal characteristics of the system are investigated with the proposed model.
A piezoresistive acceleration sensor for 30 G has been fabricated by silicon micromachining method using SDB(silicon direct bonding) wafer. The structure of the piezoresistive acceleration sensor consists of a seismic square pillar type mass and four beams. This structure was fabricated by reactive ion etching and chemical etching using KOH-etchant. The rectangular square structure is used in order to compensate the deformation of the edges due to underetching. The fabricated sensor showed a linear output voltage-acceleration characteristics and its sensitivity was about $88{\mu}V/V{\cdot}g$ from 0 to 10 G.
This research deals with the analytical solution of a curved beam with different shapes made of functionally graded materials (FGM's). It was assumed that modulus of elasticity is graded along the thickness direction of curved beam based on a power function. The beam was loaded under pure bending. Using the linear theory of elasticity, the general relation for radial distribution of radial and circumferential stresses of arbitrary cross section was derived. The effect of nonhomogeneity was considered on the radial distribution of circumferential stress. This behavior can be investigated for positive and negative values of nonhomogeneity index. The novelty of this study is application of the obtained results for different combination of material properties and cross sections. Achieved results indicate that employing different nonhomogeneity index and selection of various types of cross sections (rectangular, triangular or circular) can control the distribution of radial and circumferential stresses as designer want and propose new solutions by these options. Increasing the nonhomogeneity index for positive or negative values of nonhomogeneity index and for various cross sections presents different behaviors along the thickness direction. In order to validate the present research, the results of this research can be compared with previous result for reachable cross sections and non homogeneity index.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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