Composite flooring systems consisting of cold-formed steel joists and reinforced concrete slabs offer an efficient, lightweight solution. However, utilisation of composite action to achieve enhanced strength and economical design has been limited. In this study, finite element modelling was utilised to create a three-dimensional model which was then validated against experimental results for a composite flooring system consisting of cold-formed steel joists, reinforced concrete slab and steel bolt shear connectors. This validated numerical model was then utilised to perform parametric studies on the performance of the structural system. The results from the parametric study demonstrate that increased thickness of the concrete slab and increased thickness of the cold formed steel beam resulted in higher moment capacity and stiffness of the composite flooring system. In addition, reducing the spacing of bolts and spacing of the cold formed steel beams both resulted in enhanced load capacity of the composite system. Increasing the concrete grade was also found to increase the moment capacity of the composite flooring system. Overall, the results show that an efficient, lightweight composite flooring system can be achieved and optimised by selecting suitable concrete slab thickness, cold formed beam thickness, bolt spacing, cold formed beam spacing and concrete grade.
Srivatsan, T.S.;Manigandan, K.;Godbole, C.;Paramsothy, M.;Gupta, M.
Advances in materials Research
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제1권3호
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pp.169-182
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2012
In this paper the intrinsic influence of micron-sized nickel particle reinforcements on microstructure, micro-hardness tensile properties and tensile fracture behavior of nano-alumina particle reinforced magnesium alloy AZ31 composite is presented and discussed. The unreinforced magnesium alloy (AZ31) and the reinforced nanocomposite counterpart (AZ31/1.5 vol.% $Al_2O_3$/1.5 vol.% Ni] were manufactured by solidification processing followed by hot extrusion. The elastic modulus and yield strength of the nickel particle-reinforced magnesium alloy nano-composite was higher than both the unreinforced magnesium alloy and the unreinforced magnesium alloy nanocomposite (AZ31/1.5 vol.% $Al_2O_3$). The ultimate tensile strength of the nickel particle reinforced composite was noticeably lower than both the unreinforced nano-composite and the monolithic alloy (AZ31). The ductility, quantified by elongation-to-failure, of the reinforced nanocomposite was noticeably higher than both the unreinforced nano-composite and the monolithic alloy. Tensile fracture behavior of this novel material was essentially normal to the far-field stress axis and revealed microscopic features reminiscent of the occurrence of locally ductile failure mechanisms at the fine microscopic level.
Shaheen, Yousry B.I.;Mahmoud, Ashraf M.;Refat, Hala M.
Structural Engineering and Mechanics
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제64권2호
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pp.155-171
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2017
This paper presents a proposed method for producing reinforced composite concrete columns reinforced with various types of metallic and non metallic mesh reinforcement. The experimental program includes casting and testing of twelve square columns having the dimensions of $100mm{\times}100mm{\times}1000mm$ under concentric compression loadings. The test samples comprise all designation specimens to make comparative study between conventionally reinforced concrete column and concrete columns reinforced with welded steel mesh, expanded steel mesh, fiber glass mesh and tensar mesh. The main variables are the type of innovative reinforcing materials, metallic or non metallic, the number of layers and volume fraction of reinforcement. The main objective is to evaluate the effectiveness of employing the new innovative materials in reinforcing the composite concrete columns. The results of an experimental investigation to examine the effectiveness of these produced columns are reported and discussed including strength, deformation, cracking, and ductility properties. Non-linear finite element analysis; (NLFEA) was carried out to simulate the behavior of the reinforced concrete composite columns. The numerical model could agree the behavior level of the test results. ANSYS-10.0 Software. Also, parametric study is presented to look at the variables that can mainly affect the mechanical behaviors of the model such as the change of column dimensions. The results proved that new reinforced concrete columns can be developed with high strength, crack resistance, and high ductility properties using the innovative composite materials.
Traditional methods of earth reinforcement consist of introducing strips, fabrics, or grids into an earth mass. Recently, discrete fibers are simply added and mixed with the soil, much the same as cement, lime or other additives. The advantages of randomly distributed fibers is the maintenance of strength isotropy, low decrease in post-peak shear strength and high stability at failure. In this study, new composite reinforcement structures which consist of geotextile and randomly distributed discrete fibers were examined their engineering properties, such as shear strength of the composite reinforced soil and permeability of short fiber reinforced soil. The increments of shear strength of composite reinforced soils were the sum of increments by fiber and woven geotextile, respectively. The permeability of short fiber reinforced soil was increased with fiber mixing ratio.
In this study, the tensile behavior of single and hybrid fiber reinforced cement composite according to strain rate was evaluated. Experimental results, in the strain rate 10-6/s, fiber reinforced cement composite showed improved of tensile strength and decrease of strain at peak stress as SSF volume content increased. In the strain rate 101/s, the single and hybrid reinforced cement composite' s tensile properties are improved, because of the improved bond strength between the fiber and matrix. And hybrid fiber reinforced cement composite showed high energy absorption capacity, because the SSF prevented the cracking and fracture of the surrounding matrix when during the HSF pull-out.
In this study, chopped Hi-Nicalon SiC fiber Reinforced Porous Reaction Bonded SiC (RBSC) composites and it fabrication process were developed by using Si melt infiltration process. The porosity and average pore size in fabricated chopped SiC fiber reinforced porous RBSC composites were in the range of $30{\sim}40%$ and $40-90{\mu}m$, which mainly determined by the SiC powder size used as starting material and amount of residual Si in porous composites. The maximum flexural strength of chopped SiC fiber reinforced porous RBSC composite was as high as 80 MPa. The delayed fracture behavior was observed in chopped SiC fiber reinforced porous RBSC composites upon 3-point bending strength test.
The platelet reinforced mullite-zirconia composites were prepared by pressurelss sintering with addition of Al2O3 or SiC platelets. The sintered density of 10 vol% Al2O3 platelet reinforced mullite-zirconia composite was 98.3% at 1700$^{\circ}C$. The fracture strength (290 MPa) and fracture toughness (4.9 MPa$.${{{{ SQRT { m} }}) in the Al2O3 platelet reinforced mullite-zirconia composite were enhanced compared with those of mullite-zirconia due to the crack deflection and load transfer effect of platelets. Whereas, the SiC platelet reinforced mullite-zirconia composite sintered at 1650$^{\circ}C$ showed relatively lower density (95.7%), fracture strength (170 MPa), and fracture toughness (3.9 MPa$.${{{{ SQRT { m} }} than the Al2O3 platelet reinforced mullite-zirconia composite.
In this study, the tensile properties of single and hybrid fiber reinforced cement composite according to strain rate was evaluated. Experimental results, in the strain rate 10-6/s, fiber reinforced cement composite showed improved of tensile strength and decrease of strain at peak stress as SSF volume content increased. In the strain rate 101/s, the single and hybrid reinforced cement composite's tensile properties are improved, because of the improved bond strength between the fiber and matrix. And hybrid fiber reinforced cement composite showed high energy absorption capacity, because the SSF prevented the cracking and fracture of the surrounding matrix when during the HSF pull-out.
The objective of this work is to analyze large deflections of a fiber reinforced composite cantilever beam under point loads. In the solution of the problem, finite element method is used in conjunction with two dimensional (2-D) continuum model. It is known that large deflection problems are geometrically nonlinear problems. The considered non-linear problem is solved considering the total Lagrangian approach with Newton-Raphson iteration method. In the numerical results, the effects of the volume fraction and orientation angles of the fibre on the large deflections of the composite beam are examined and discussed. Also, the difference between the geometrically linear and nonlinear analysis of fiber reinforced composite beam is investigated in detail.
This paper presents a careful theoretical investigation into interfacial stresses in reinforced concrete foundation beam repairing with composite plate. The essential issue in the analysis of reinforced structures with composite materials is to understand the individual behaviour of each material and its interaction with the remaining ones. The present model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the repaired RC foundation beam, i.e., the reinforced concrete foundation beam, the composite plate and the adhesive layer. The theoretical predictions are compared with other existing solutions, By comparisons between the existing solutions and the present new solution enable a clear appreciation of the effects of various parameters such as the geometric characteristics and mechanical properties of the components of the repaired beam, as well as the geotechnical stresses of the soil are considered. This research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the composite-concrete hybrid structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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