International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.1-16
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2017
The compression or tension-controlled failure mode of concrete beams prestressed with unbonded FRP tendons is governed by the relative amount of prestressing tendon to the balanced one. Explicit assessment to determine the balanced reinforcement ratio of a beam with unbonded tendons (${\rho}^U_{pfb}$) is difficult because it requires a priori knowledge of the deformed beam geometry in order to evaluate the unbonded tendon strain. In this study, a theoretical evaluation of ${\rho}^U_{pfb}$ is presented based on a concept of three equivalent rectangular curvature blocks for simply supported concrete beams internally prestressed with unbonded carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) tendons. The equivalent curvature blocks were iteratively refined to closely simulate beam rotations at the supports, mid-span beam deflection, and member-dependent strain of the unbonded tendon at the ultimate state. The model was verified by comparing its predictions with the test results. Parametric studies were performed to examine the effects of various parameters on ${\rho}^U_{pfb}$.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1991.10a
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pp.59-64
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1991
The purpose of this paper is to suggest the equations that are able to predict the ultimate shear strength of the reinforced high-strength concrete beams. For this analysis, total of 83 rectangular beams were tested, and existing data of 400 was adopted. Through this analysis, the following equations are obtained. a) Shear Tensile Failure Equation : TVu={K1.K2(3.02 $\sqrt[3]{\Fc}$/$sqrt{\a/d\}$+1.74Pt)+(0.18a/d+0.567)Pww$\sigma$y]bd b) Shear Compressive Failure Equation : cVu={(29.85 $\sqrt[3]{\Fc}$-130)$\sqrt{d/a}$+(0.089$\sqrt{a/d}$=0.04)Pww$\sigma$y}bd
In this paper, we study the inverse mode shape problem for an Euler-Bernoulli beam, using an analytical approach. The mass and stiffness variations are determined for a beam, having various boundary conditions, which has a prescribed polynomial second mode shape with an internal node. It is found that physically feasible rectangular cross-section beams which satisfy the inverse problem exist for a variety of boundary conditions. The effect of the location of the internal node on the mass and stiffness variations and on the deflection of the beam is studied. The derived functions are used to verify the p-version finite element code, for the cantilever boundary condition. The paper also presents the bounds on the location of the internal node, for a valid mass and stiffness variation, for any given boundary condition. The derived property variations, corresponding to a given mode shape and boundary condition, also provides a simple closed-form solution for a class of non-uniform Euler-Bernoulli beams. These closed-form solutions can also be used to check optimization algorithms proposed for modal tailoring.
We improve the free-space optical interconnection efficiency by using circular aperture computer-generated hologram (CGH). In free-space optical interconnection system using CGH, the single CGH is composed of sub-CGHs, which can change the direction of input beams to desired output positions, by Fourier transform. Each sub-CGH is rectangular shape, so the input beams through each sub-CGH are transformed to sinc functions in output plane. The side lobes of each sinc function are superimposed in output plane and they result in detection error in output plane, so the detection efficiency is low. We use the circular shaped sub-CGHs in order to reduce the side lobe value in output plane instead of rectangular shaped sub-CGHs. The each input beam is transformed to first-order Bessel functions through circular shaped sub-CGHs in output plane. The side lobes of first-order Bessel functions us low values compared with side lobes of sinc function, so we can improve the detection efficiency in output plane. We use binary phase modulated CGH, and confirm this improvement results by simulation.
The purpose of this study was to investigate experimentally the fatigue performance of reinforced concrete (RC) beams with hot-rolled ribbed fine-grained steel bars of yielding strength 500MPa (HRBF500). Three rectangular and three T-section RC beams with HRBF500 bars were constructed and tested under static and constant-amplitude cyclic loading. Prior to the application of repeated loading, all beams were initially cracked under static loading. The major test variables were the steel ratio, cross-sectional shape and stress range. The stress evolution of HRBF500 bars, the information about crack growth and the deflection developments of test beams were presented and analyzed. Rapid increases in deflections and tension steel stress occured in the early stages of fatigue loading, and were followed by a relatively stable period. Test results indicate that, the concrete beams reinforced with appropriate amount of HRBF500 bars can survive 2.5 million cycles of constant-amplitude cyclic loading with no apparent signs of damage, on condition that the initial extreme tensile stress in HRBF500 steel bars was controlled less than 150 MPa. It was also found that, the initial extreme tension steel stress, stress range, and steel ratio were the main factors that affected the fatigue properties of RC beams with HRBF500 bars, whose effects on fatigue properties were fully discussed in this paper, while the cross-sectional shape had no significant influence in fatigue properties. The results provide important guidance for the fatigue design of concrete beams reinforced with HRBF500 steel bars.
Nine rectangular-section of High Strength Concrete(HSC) beams were designed and casted based on the American Concrete Institute (ACI) code provisons with varying of tensile reinforcement ratio as (${\rho}_{min}$, $0.2_{{\rho}b}$, $0.3_{{\rho}b}$, $0.4_{{\rho}b}$, $0.5_{{\rho}b}$, $0.75_{{\rho}b}$, $0.85_{{\rho}b}$, $_{{\rho}b}$, $1.2_{{\rho}b}$). Steel and concrete strains and deflections were measured at different points of the beam's length for every incremental load up to failure. The ductility ratios were calculated and the moment-curvature and load-deflection curves were drawn. The results showed that the ductility ratio reduced to less than 2 when the tensile reinforcement ratio increased to $0.5_{{\rho}b}$. Comparison of the theoretical ductility coefficient from CSA94, NZS95 and ACI with the experimental ones shows that the three mentioned codes exhibit conservative values for low reinforced HSC beams. For over-reinforced HSC beams, only the CSA94 provision is more valid. ACI bending provision is 10 percent conservative for assessing of ultimate bending moment in low-reinforced HSC section while its results are valid for over-reinforced HSC sections. The ACI code provision is non-conservative for the modulus of rupture and needs to be reviewed.
In flexural strength design of normal-strength concrete (NSC) beams, it is commonly accepted that the distribution of concrete stress within the compression zone can be reasonably represented by an equivalent rectangular stress block. The stress block it governed by two parameters, which are normally denoted by ${\alpha}$ and ${\beta}$ to stipulate the width and depth of the stress block. Currently in most of the reinforced concrete (RC) design codes, ${\alpha}$ and ${\beta}$ are usually taken as 0.85 and 0.80 respectively for NSC. Nonetheless, in an experimental study conducted earlier by the authors on NSC columns, it was found that ${\alpha}$ increases significantly with strain gradient, which means that larger concrete stress can be developed in flexure. Consequently, less tension steel will be required for a given design flexural strength, which improves the ductility performance. In this study, the authors' previously proposed strain-gradient-dependent concrete stress block will be adopted to produce a series of design charts showing the maximum design limits of flexural strength and ductility of singly-and doubly-NSC beams. Through the design charts, it can be verified that the consideration of strain gradient effect can improve significantly the flexural strength and ductility design limits of NSC beams.
The purpose of this paper is to study on the effect of cutting off tension bars in reinforced concrete beams. that is, the ultimate strength, the failure mode and thl} tension stress distribution through the span. To achieve this purpose, a full-scale frame and seven small scale model beams (five rectangular and two T-section beams) were tested. The four main model specimens and two speciml}ns without cutting off tension bars 1,'{ere analyzed as plane stmss element with package program ADINA. As a result of test and analysis, the shorter' distance bet ween the reaction point and the cutting off point, the higher the ultimate strength of a bl}am will be when other physical properties are equal.
Raju, P. Markandeya;Rajsekhar, K.;Sandeep, T. Raghuram
Structural Engineering and Mechanics
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v.52
no.4
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pp.723-738
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2014
Prestressing is the most commonly employed technique in bridges and long span beams in commercial buildings as prestressing results in slender section with higher load carrying capacities. This work is an attempt to study the performance of a minimum weight prestressed concrete beam adopting a non-prismatic section so that there will be a reduction in the volume of concrete which in turn reduces the self-weight of the structure. The effect of adopting a non-prismatic section on parameters like prestressing force, area of prestressing steel, bending stresses, shear stresses and percentage loss of prestress are established theoretically. The analysis of non-prismatic prestressed beams is based on the assumption of pure bending theory. Equations are derived for dead load bending moment, eccentricity, and depth at any required section. Based on these equations an algorithm is developed which does the stress checks for the given section for every 500 mm interval of the span. Limit state method is used for the design of beam and finite difference method is used for finding out the deflection of a non-prismatic beam. All the parameters of nonprismatic prestressed concrete beams are compared with that of the rectangular prestressed concrete members and observed that minimum weight design and economical design are not same. Minimum weight design results in the increase in required area of prestressing steel.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.10
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pp.7053-7060
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2015
The use of FRP(Fiber-reinforced polymer) bars results in larger crack widths under service load due to the generally low elastic modulus and poor bond characteristics of FRP as compared with steel reinforcing bars. The work presented herein includes the results from 12 beams composed of nine rectangular beams and three T-beams reinforced with FRP bars tested under four-point bending. It was investigated that the bond coefficient, $k_b$ in ACI 440.1R-06 equation had high variability which the coefficient of variation was 40% in the range of 0.6 to 1.88 with average 1.05.
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