The purpose of this paper is to propose a new type of steel reinforced concrete (SRC) beam-column joints and to examine the structural performance of the proposed joints, which simplify the construction procedure of steel fabrication, welding works, concrete casting and joint strengthening. In the proposed beam-column joints, the steel element of columns forms continuously built-in crossing of H-sections (${\Box}$), with adjacent flanges of column being connected by horizontal stiffeners in a joint at the level of the beam flanges. In addition, simplified lateral reinforcement (${\Box}$) is adopted in a joint to confine the longitudinal reinforcing bars in columns. Experimental and analytical studies have been carried out to estimate the structural performance of the proposed joints. Twelve cruciform specimens and seven SRC beam-column subassemblage specimens were prepared and tested. The following can be concluded from this study: (1) SRC subassemblages with the proposed beam-column joints show adequate seismic performances which are superior to the demand of the current code; (2) The yield and ultimate strength capacities of the beam-to-column connections can be estimated by analysis based on the yield line theory; (3) The skeleton curves and the ultimate shear capacities of the beam-column joint panel are predicted with a fair degree of accuracy by considering a simple stress transfer mechanism.
In this paper, a nonlinear finite element procedure is presented for the dynamic analysis of reinforced concrete shell structures. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), was used. A 4-node flat shell element with drilling rotational stiffness was used for spatial discretization. The layered approach was used to discretize the behavior of concrete and reinforcement in the thickness direction. Material nonlinearity was taken into account by using tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The smeared crack approach was incorporated. The low-cycle fatigue of both concrete and reinforcing bars was also considered to predict a reliable dynamic behavior. The solution to the dynamic response of reinforced concrete shell structures was obtained by numerical integration of the nonlinear equations of motion using Hilber-Hughes-Taylor (HHT) algorithm. The proposed numerical method for the nonlinear dynamic analysis of reinforced concrete shell structures was verified by comparison of its results with reliable experimental and analytical results.
Prior to the introduction of modern seismic guidelines, it was a common practice to provide straight bar anchorage for beam bottom reinforcement of gravity load designed building. Exterior joints with straight bar anchorages for beam bottom reinforcements are susceptible to sudden anchorage failure under load reversals and hence require systematic seismic upgradation. Hence in the present study, an attempt is made to upgrade exterior beam-column sub-assemblage of a three storied gravity load designed (GLD) building with single steel haunch. Analytical formulations are presented for evaluating the haunch forces in single steel haunch retrofit. Influence of parameters that affect the efficacy and effectiveness of the single haunch retrofit are also discussed. The effectiveness of the single haunch retrofit for enhancing seismic performance of GLD beam-column specimen is evaluated through experimental investigation under reverse cyclic loading. The single steel haunch retrofit had succeeded in preventing the anchorage failure of beam bottom bars of GLD specimen, delaying the joint shear damage and partially directing the damage towards the beam. A remarkable improvement in the load carrying capacity of the upgraded GLD beam-column sub-assemblage is observed. Further, a tremendous improvement in the energy dissipation of about 2.63 times that of GLD specimen is observed in the case of upgraded GLD specimen. The study also underlines the efficacy of single steel haunch retrofit for seismic upgradation of deficient GLD structures.
Making a transverse opening in concrete beams in order to accommodate utility services through the member instead of below or above of that, sometimes may be necessary. It is obvious that inclusions of an opening in a beam decreases its flexural and shear strengths. Fabricated steel bars are usually used to increase the capacity of the opening section, but details of reinforcements around the opening are dense and complex resulting in laborious pouring and setup process. The goal of this study was to investigate the possibility of using steel fibers in concrete mixture instead of complex reinforcement detailing order to strengthen opening section. Nonlinear finite element method was employed to investigate the behavior of steel fiber reinforced concrete beams. The numerical models were validated by comparison with experimental measurements tested by other investigators and then used to study the influence of fiber length, fiber aspect ratio and fiber content on the shear performance of SFRC slender beams with opening. Finally, it was concluded that the predicted shear strength enhancement is considerably influenced by use of steel fibers in concrete mixture but the effect of fiber length and fiber aspect ratio wasn't significant.
This study simulates the flexural behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) beams reinforced with steel and glass fiber-reinforced polymer (GFRP) rebars. For this, micromechanics-based modeling was first carried out on the basis of single fiber pullout models considering inclination angle. Two different tension-softening curves (TSCs) with the assumptions of 2-dimensional (2-D) and 3-dimensional (3-D) random fiber orientations were obtained from the micromechanics-based modeling, and linear elastic compressive and tensile models before the occurrence of cracks were obtained from the mechanical tests and rule of mixture. Finite element analysis incorporating smeared crack model was used due to the multiple cracking behaviors of structural UHPFRC beams, and the characteristic length of two times the element width (or two times the average crack spacing at the peak load) was suggested as a result of parametric study. Analytical results showed that the assumption of 2-D random fiber orientation is appropriate to a non-reinforced UHPFRC beam, whereas the assumption of 3-D random fiber orientation is suitable for UHPFRC beams reinforced with steel and GFRP rebars due to disorder of fiber alignment from the internal reinforcements. The micromechanics-based finite element analysis also well predicted the serviceability deflections of UHPFRC beams with GFRP rebars and hybrid reinforcements.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.4
no.4
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pp.149-160
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2000
As systematic methodologies are required for the evaluation on the durability of reinforced concrete structure, it is necessary to study and examine every factor which deteriorates the durability of structures. This paper aims to define factors affecting rebar corrosion and to establish a basis for a prediction of serviceability, regarding a state of harmful corrosion as a state when crack begins on the surface of concrete. The study results are followings; The corrosive current has changed by types of mixture, and this property enables the evaluations of corrosion resistance by mixture and concrete cover. The specimen using AE superplasticizer has better corrosion-resistance properties than non-AE specimen, as well those having low W/C and high unit cement weight. The procedure for calculation of durable year in this study is able to use as an indicator to establish mixture factors such as unit cement weight, W/C, amount of admixture, etc.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2009.11a
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pp.31-34
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2009
Large outrigger elements tie the concrete core to perimeter columns, significantly increasing the building's lateral stiffness as well as its resistance to overturning due to wind. The outriggers are deep elements, and large tie forces are resisted by top and bottom heavy longitudinal reinforcing and vertical ties. To reduce construction costs, all primary reinforcing bars in outrigger levels are SD500. Further, concrete strengths of 80MPa have been specified for outrigger elements. However, the reductions in the amount of concrete and reinforcement steel are more increased in tall building. With these backgrounds, 80MPa high strength concrete outrigger system using post tension method is developed. Significant economic savings can be made by reducing the element sizes and material content. The developed outrigger system is designed using strut-and-tie models. In addition, four 1/4-scale test specimens were selected from the same prototype structure. The results from the tests are confirmed that the structural behaviors of the developed outrigger member have better capacities than those of a conventional method.
To calculate the shear capacity of concrete beams reinforced with fibre-reinforced polymer (FRP), current shear design provisions use slightly modified versions of existing semi-empirical shear design equations that were primarily derived from experimental data generated on concrete beams having steel reinforcement. However, FRP materials have different mechanical properties and mode of failure than steel, and extending existing shear design equations for steel reinforced beams to cover concrete beams reinforced with FRP is questionable. This paper investigates the feasibility of using artificial neural networks (ANNs) to estimate the nominal shear capacity, Vn of concrete beams reinforced with FRP bars. Experimental data on 150 FRP-reinforced beams were retrieved from published literature. The resulting database was used to evaluate the validity of several existing shear design methods for FRP reinforced beams, namely the ACI 440-03, CSA S806-02, JSCE-97, and ISIS Canada-01. The database was also used to develop an ANN model to predict the shear capacity of FRP reinforced concrete beams. Results show that current guidelines are either inadequate or very conservative in estimating the shear strength of FRP reinforced concrete beams. Based on ANN predictions, modified equations are proposed for the shear design of FRP reinforced concrete beams and proved to be more accurate than existing equations.
Concrete is a heterogeneous material consisting of coarse aggregate, mortar matrix and interfacial zones at the meso level. Though studies have been done to interpret the fracture process in concrete using meso level models, not much work has been done for simulating the macroscopic behaviour of reinforced concrete structures using the meso level models. This paper presents a procedure for the mesoscopic analysis of reinforced concrete beams using a modified micro truss model. The micro truss model is derived based on the framework method and uses the lattice meshes for representing the coarse aggregate (CA), mortar matrix, interfacial zones and reinforcement bars. A simple procedure for generating a random aggregate structure is developed using the constitutive model at meso level. The study reveals the potential of the mesoscopic numerical simulation using a modified micro truss model to predict the nonlinear response of reinforced concrete structures. The modified micro truss model correctly predicts the load-deflection behaviour, crack pattern and ultimate load of reinforced concrete beams failing under different failure modes.
Pereira, Margot F.;De Nardin, Silvana;El Debs, Ana L.H.C.
Steel and Composite Structures
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v.20
no.6
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pp.1305-1322
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2016
This paper presents the results of experimental and numerical model analyses on partially encased composite columns under concentric loads. The main objective of this study is to evaluate the influence of replacing the conventional longitudinal and transverse steel bars by welded wire mesh on the structural behavior of these members under concentric loads. To achieve these goals experimental tests on four specimens of partially encased composite columns submitted to axial loading were performed and the results were promising in terms of replacing the traditional reinforcement by steel meshes. In addition, a numerical FE model was developed using the software DIANA$^{(R)}$ with FX+. The experimental results were used to validate the numerical model. Satisfactory agreement between experimental and numerical results was observed in both capacity and deformability of the composite columns. Despite of the simplifying assumptions of perfect bond between steel and concrete, the numerical model adequately represented the columns behavior. A finite element parametric study was performed and parameters including thickness of the steel profile and the concrete and steel strengths were evaluated. The parametrical study results found no significant changes in the partially encased columns behavior due to variations of the steel profile thickness or yield strength. However, significant changes in the post peak behavior were observed when using high strength concrete and these results suggest a change in the failure mode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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