To date, many studies have been conducted for the analysis and design of reinforced concrete members with disturbed regions. However, prestressed concrete deep beams have not been the subject of many investigations. This paper presents an evaluation of the behavior and strength of three pre-tensioned concrete deep beams failed by shear and bond slip of prestressing strands using a nonlinear strut-tie model approach. In this approach, effective prestressing forces represented by equivalent external loads are gradually introduced along strand's transfer length in the nearest strut-tie model joints, the friction at the interface of main diagonal shear cracks is modeled by the aggregate interlock struts along the direction of the cracks in strut-tie model, and an algorithm considering the effect of bond slip of prestressing strands in the strut-tie model analysis and design of pre-tensioned concrete members is implemented. Through the strut-tie model analysis of pre-tensioned concrete deep beams, the nonlinear strut-tie model approach proved to present effective solutions for predicting the essential aspects of the behavior and strength of pre-tensioned concrete deep beams. The nonlinear strut-tie model approach is capable of predicting the strength and failure modes of pre-tensioned concrete deep beams including the anchorage failure of prestressing strands and, accordingly, can be employed in the practical and precise design of pre-tensioned concrete deep beams.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.4
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pp.18-29
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2013
A new precast concrete (PC) beam and column connection system using non-prestressed wire strands was recently developed. The system is composed of one unit of two-storied PC-column and PC-beams with U-shaped ends. The connection part of the column and beams is reinforced by deformed bars and non-prestressed wire strands in combination for the improvement of workability. Structural performance of this system was verified by several experimental studies. The purpose of this study is developing a design concept of the beam reinforced by deformed bars and non-prestressed wire strands in combination, in terms of the cross-sectional analysis, based on the preceded experiment. A minimum and maximum reinforcement ratio and the calculation formula for the strength of flexural member reinforced by reinforcements having different yield strengths are derived based on KBC2009. Under consideration existing research results for the application of high strength reinforcement bars, the design yield strength of the non-prestressed wire strand is suggested. An example for the cross section design, satisfying the serviceability requirements, demonstrates the applicability of the design concept developed in the study.
Flexural behaviors of the two typical precast beam sections (inverted tee and rectangular) for buildings were investigated and compared. The height of web in the inverted tee beam was generally less than half of beam depth to be adapted to that of the nib in the ends of double-tee where the total building height limited considerably. The inverted-tee beams were designed for a parking live load - 500kgf/$m^2$ and a market - 1,200kgf/$m^2$ from the currently used typical shape of a domestic building site in Korea. The area and bottom dimension of rectangular beams were the same as those of inverted tee beams. These woo beams were also reinforced with a similar strength. following results were obtained from the studies above; 1) the rectangular beam is simpler in production, transportation, and erection, and more economic than the inverted tee beam in the construction test for these two beams with a same dimension and a similar strength, 2) all of the beams considered in the tests were generally failed in values close to those of the strength requirements in ACI Provisions. The ratios of test result to calculated value are averaged to 1.04. One rectangular and one inverted tee beams failed in a value only 2-3% larger than the estimated volue of the Strength Design Methool the results of the Strain Compatibility Method wire slightly more accurate than those of the Strength Design Method, 4) the maximum deflections of all of the beams under the full service loads were less than those of the allowable limit in ACI Code Provisions. The rectangular beams experienced more deflection then inverted tee in the same loading condition and failed with more deflection, and 5) the rectangular and inverted tee beams showed good performances under the condition of service and ultimate loads. However, one inverted tee beams with fm span developed an initial flexural crackings under 88% of the full service load even though they designed to satisfy the ACI tensile stress limit provisions.
Flexural behaviors of two typical architectural precast beam sections ; inverted tee and rectangular - were compared and investigated. The heights of web in inverted tee beams are generally less than half of beam depth in building structures to accomodate the nib of double-tee where the total building height limited considerably. The inverted-tee beams are designed for parking live load - 500kgf/$\m^2$ and market - 1,200kgf/$\m^2$ according to the currently used typical shape in the domestic market building site in Korea. The bottom dimension and area of rectangular beams are same to those of inverted tee beams to compare the flexural behaviors of two beams. These two beams are also reinforced for similar strength. Four flexural tests are performed on two beams. Following results are obtained from the tests; 1) The rectangular beam is simpler in production, transportation, and election, and more economic than the inverted tee beam for these two beams with same dimension and similar strength. 1) The estimations of flexural strength of two beams by Strength Design Method and Strain Compatibility Method is fully complied with the result of tests. However, Strain Compatibility Method is slightly ore accurate than Strength Design Method. 2) Overall deflections of two type beam under the service loads are less than those of the allowable limit in ACI Code provision. 3) The rectangular beam is failed in large deflection (average 12.56mm large) than those of inverted tee beams. 4) The rectangular and inverted tee beams with 6m span develop initial flexural crackings under the 88% of full service loading even though they designed to satisfy the ACI tensile stress limit provisions.
Strengthening concrete structures with fiber reinforced polymer materials have grown to be a widely used method over most parts of the world today, which FRP was developed in 1960. A method to apply prestressing force to FRP is developed newly in these days, which can use the maximum performance of FRP materials. This paper presents the results of a study on improvement in flexural capacities of RC beams strenthened with near surface mounted prestressed CFRP rod and plate. Experimental variables include type of CFRP, prestressing level. Tests show that prestressed beams exhibit a higher crack-load as well as a higher steel-yielding load compared to non-prestressed strengthened beams.
Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Ju, Hyunjin;Kim, Kang Su;Kang, Thomas H.K.;Pan, Zuanfeng
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.sup3
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pp.53-63
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2016
Steel fiber-reinforced prestressed concrete (SFRPSC) members typically have high shear strength and deformation capability, compared to conventional prestressed concrete (PSC) members, due to the resistance provided by steel fibers at the crack surface after the onset of diagonal cracking. In this study, shear tests were conducted on the SFRPSC members with the test variables of concrete compressive strength, fiber volume fraction, and prestressing force level. Their localized behavior around the critical shear cracks was measured by a non-contact image-based displacement measurement system, and thus their shear deformation was thoroughly investigated. The tested SFRPSC members showed higher shear strengths as the concrete compressive strength or the level of prestress increased, and their stiffnesses did not change significantly, even after diagonal cracking due to the resistance of steel fibers. As the level of prestress increased, the shear deformation was contributed by the crack opening displacement more than the slip displacement. In addition, the local displacements around the shear crack progressed toward directions that differ from those expected by the principal strain angles that can be typically obtained from the average strains of the concrete element. Thus, this localized deformation characteristics around the shear cracks should be considered when measuring the local deformation of concrete elements near discrete cracks or when calculating the local stresses.
This paper examines the flexural behavior of full-scale prestressed concrete girders that were constructed of steel fiber reinforced ultra high performance concrete (UHPC). This study is designed to provide more information about the bending characteristics of UHPC girders in order to establish a reasonable prediction model for flexural resistance and deflection for future structural design codes. Short steel fibers have been introduced into prestressed concrete T-girders in order to study their effects under flexural loads. Round straight high strength steel fibers were used at volume fraction of 2%. The girders were cast using 150~190 MPa steel fiber reinforced UHPC and were designed to assess the ability of steel fiber reinforced UHPC to carry flexural loads in prestressed girders. The experimental results show that steel fiber reinforced UHPC enhances the cracking behavior and ductility of beams. Moreover, when ultimate failure did occur, the failure of girders composed of steel fiber reinforced UHPC was observed to be precipitated by the pullout of steel fibers that were bridging tension cracks in the concrete. Flexural failure of girders occurred when the UHPC at a particular cross section began to lose tensile capacity due to steel fiber pullout. In addition, it was determined that the level of prestressing force influenced the ultimate load capacity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.3
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pp.49-56
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1990
Todays, design of composite prestressed concrete beams is carried out by calculation of the prestressing force and its eccentricity assuming the sectional properties. However the characteristics of composite section made with a precast prestressed concrete beams and reinforced concrete slab is not reflected, so iteration method has been adopted. But its methed requires much time and labor. Accordingly, an improved design method will be presented. In this study, improved design method is proposed to design composite section directly without iterative calculation. Design examples according to the proposed design method are presented for easy application and verification of its reliability and authenticity. The results match well with the Hatcher's.
Shear test data have been extracted from previous experimental research and compiled into a database that may be the largest ever made. In this paper, the shear database (SDB) was used for evaluating shear design provisions for both reinforced concrete (RC) beams and prestressd concrete (PSC) beams. A discussion on the use of the results of this evaluation related to calibration and strength reduction factor for the shear design provisions was also provided. It was observed that the shear design provisions did not provide good predictions for RC members and gave very poor predictions especially for RC members without shear reinforcement. On the other hand, the limit on shear strength contributed by transverse reinforcement was observed to be lower than necessary. The shear design provisions gave very unconservative results for the large RC members (d>700mm) without shear reinforcement having light amount of longitudinal reinforcement $(\rho_w<1.0\%)$. However, for PSC members the shear design provisions gave a good estimation of ultimate shear strength with a reasonable margin of safety. Despite of a large difference of accuracy in prediction of shear strength for RC members and PSC members, the shear design provisions used a same shear strength reduction factor for these members. As a result, the shear design provisions did not provide a uniform factor of safety against shear failure for different types of members.
The cost of underground work is a dominant factor to determine the total construction fee. It is generally 2 ${\~}$ 2.5 times higher than that of above ground for building with the same height. 'A new precast prestressed framing plan for underground parking building' was suggested with the beam of the least depth - U-type beams. The depth of regular rectangular reinforced concrete beam which is currently used in the underground parking of apartments could be reduced up to 12 ${\~}$ 34cm/story due to the development of a U-beams from the optimum process. Two full scale prototype U-beams were tested in this study. It was found that the Wide U-beams in the test showed higher strength than calculated nominal and design, however need to provide temporary supports to meet the flexural moment of construction load at the simply supported state before the lopping concrete hardens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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