Jalal Hasankhani;Erfan Shafei;Reza Sojoudizadeh;Seyed J. Ghaderi
Computers and Concrete
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v.34
no.5
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pp.611-623
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2024
Concrete shear walls have a wide range of applications as one of the primary lateral load-bearing elements in the construction industry. Implementation constraints often lead to the use of lap-spliced Rebar for these walls. The presence of lap-splice allows for longitudinal reinforcement slippage in the lap-spliced region, which, if it occurs, can result in reduced ductility and undesirable seismic performance of the wall. To further investigate this matter, 32 wall models with variations in longitudinal reinforcement diameter, lap-splice length, percentage of transverse reinforcement, and debonded rebar were numerically and analytically studied using finite element analysis. The selected models were subjected to gravity and cyclic lateral loads, considering bond strength and slippage in the lap-spliced region. By comparing the obtained results, including hysteresis curves, ductility, energy dissipation, reinforcement strain, and crack propagation, with continues rebars wall, it was demonstrated that the presence of lap-spliced Rebar for longitudinal reinforcement causes slippage in the lap-spliced region and reduces the structural ductility. Additionally, the results showed that in walls with lap-spliced Rebar, the use of debonding method compensates for the weakness caused by reinforcement slippage, leading to the restoration of ductility and improvement in seismic performance of the wall while ensuring resistance.
Reinforced soil structures may experience large local movements between soil and reinforcement. The failure modes of a reinforced structure depend on several factors which are governed by deformation and slipping of the reinforcement. In some cases, pulling out of the reinforcement may occur instead of rupturing, The growing use of geosynthetic liner system for storage of solid and liquid wastes has led to a number of slope instability problems where the synthetic liner may undergo a large amount of stretching and slipping as a result of the loading. The conventional finite element model for the soil-reinforcement interface uses a zero thickness joint element with normal and shear stiffnesses and can only accommodate a small amount of deformation. When a large slippage occurs, the model provides an i ncorrect mechanism for deformation. This paper presents a new interface finite element model which is able to simulate a large amount of slippage between soil and reinforcement. The formulation of the model is presented and the capability of the model is demonstrated using illustrative examples.
This study examined the effect of transverse reinforcement and compressive stress on the shear friction performance at the shear interface intersecting two structural elements with various concrete types. From the prepared 12 push-off test specimens, various characteristics at the interface were measured as follows: crack propagation, shear load-relative slip relationship, initial shear cracking strength, ultimate shear friction strength, and shear transfer capacity of transverse reinforcement. The configuration of transverse reinforcement and compressive strength of concrete insignificantly influenced the amount of relative slippage at the shear friction plane. With the increase of applied compressive stress, the shear friction capacity of concrete tended to increase proportionally, whereas the shear transfer capacity of transverse reinforcement decreased, which was insignificantly affected by the configuration type of transverse reinforcement. The empirical equations of AASHTO-LRFD and Mattock underestimate the shear friction strength of concrete, whereas Hwang and Yang model provides better reliability, indicating that the mean and standard deviation of the ratios between measured shear strengths and predictions are 1.02 and 0.23, respectively.
Ghatefar, Amir;ElSalakawy, Ehab;Bassuoni, Mohamed T.
Computers and Concrete
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v.20
no.2
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pp.215-227
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2017
A finite element model (FEM) for predicting early-age behavior of reinforced concrete (RC) bridge deck slabs with fiber-reinforced polymer (FRP) bars is presented. In this model, the shrinkage profile of concrete accounted for the effect of surrounding conditions including air flow. The results of the model were verified against the experimental test results, published by the authors. The model was verified for cracking pattern, crack width and spacing, and reinforcement strains in the vicinity of the crack using different types and ratios of longitudinal reinforcement. The FEM was able to predict the experimental results within 6 to 10% error. The verified model was utilized to conduct a parametric study investigating the effect of four key parameters including reinforcement spacing, concrete cover, FRP bar type, and concrete compressive strength on the behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to restrained shrinkage at early-age. It is concluded that a reinforcement ratio of 0.45% carbon FRP (CFRP) can control the early-age crack width and reinforcement strain in CFRP-RC members subjected to restrained shrinkage. Also, the results indicate that changing the bond-slippage characteristics (sand-coated and ribbed bars) or concrete cover had an insignificant effect on the early-age crack behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to shrinkage. However, reducing bar spacing and concrete strength resulted in a decrease in crack width and reinforcement strain.
The objective of the present study is to evaluate the shear transfer capacity of transverse reinforcement at the concrete interfaces with smooth construction joint. The transverse reinforcing bars were classified into two groups: V-type for the arrangement perpendicular to the interface and X-type for inclined-crossing arrangement. The transverse reinforcement ratio at the interface varied from 0.0045 to 0.0135 for V-type and 0.0064 to 0.0045 for X-type. The mechanism analysis proposed for monolithic concrete interface, derived based on the upper-bound theorem of concrete plasticity, was modified to evaluate the shear friction capacity of concrete interfaces with smooth construction joint. Test results showed that the specimens with X-type reinforcement had lower amount of relative slippage at the interface and higher shear friction capacity than the companion specimens with V-type reinforcement. This observation was independent of the unit weight of concrete. The mean and standard deviation of the ratios between the experimental shear friction strength of smooth construction joints and predictions obtained from the proposed model are 1.07 and 0.14, respectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.3
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pp.139-147
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1999
Six reinforced concrete shear wall, constructured with fully rigid, slit, and infilled types, were tested under both vertical and cyclic loadings. Experimental programs were carried out to evaluate the seismic performance of such test specimens, such as the hysteretic behavior, the maximum horizontal strength, crack propagation, and ductility, under load reversals. All the specimens were modeled in one-third scale size. Based on the test results, the following conclusions can be made. For the diagonal reinforced slit and infilled shear wall specimens, it was found that the failure mode shows very effective crack control and crushing due to slippage prevention of boundary region and reduction of diagonal tension rathar than the brittle shear and diagonal tension failure. The ductility of specimens designed by the diagonal reinforcement for the slit and infilled shear wall was increased 1.72~1.81 times in comparison with the fully rigid shear wall frame. Maximum horizontal load-carrying capacity of specimens designed by the diagonal reinforcement ratio the slit and infilled shear wall was increased respectively by l.14 times and l.49 times in comparison with the standard fully rigid shear wall frame.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.1
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pp.33-40
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1988
The new technique has been used to determine the soil-reinforcement interaction. The testing apparatus is essentially a triaxial cell fitted with the capability to house a hollow cylinderical sample. A hollow cylinderical sand specimen with a concentrical layer of reinfarcing material sandwitched in the middle is used in this investigation. The reinforcement is fastened at the base. The hollow specimen can be viewed as a "unit sheet" of a soil-reinforcement composite system of infinite horizontal extent. Axial load as well as inner and outer chamber pressures can be applied to perform a test. The specimen is first subjected to an isotropic stress state corresponding to the overburden pressure. Next, an extension test by reducing the axial load is carried out. The specimen is "loaded" to failure by either the breakage of reinforcing material (tensile failure) or slippage which takes place at the soil-reinforcement interface (i.e. the overcoming of the bonding capacity). Since the reinforcement is fastened at its lower end to the base, any tendency of relative movement between the reinforcement and the sand during an extension test can induce tensile force in the reinforcement thus forming a "reversed pull-out" test condition. Preliminary test results have demonstrated positively of the new approach to test the soil-reinforcement interaction. Reinforcing elements of different extensibility were used to study the deformbility of reinforced soil. Furthermore, both the breakage and the pull-out modes of failure were observed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.683-688
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1999
The purpose of this study is to develop and evaluate the structural performance of various shear walls, such as the hysteretic behavior, the maximum horizontal strength, crack propagation, and ductility etc. under load reversals. For the diagonal reinforced slit and infilled shear wall specimens, it was found that the failure mode shows very effective crack control and crashing due to slippage prevention of boundary region and reduction of diagonal tension rather than the brittle shear and diagonal tension failure. The ductility of specimens designed by the diagonal reinforcement for the slit and infilled shear wall was increased 1.72~1.81 times in comparison with the fully rigid shear wall frame. Maximum horizontal load-carrying capacity of specimens designed by the diagonal reinforcement ratio the slit and infilled shear wall was increased respectively by 1.14 times and 1.49 times in comparison with the standard fully rigid shear wall frame.
Wang, Peng;Wang, Zhan;Pan, Jianrong;Li, Bin;Wang, Bo
Steel and Composite Structures
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v.37
no.1
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pp.15-26
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2020
The top-and-seat angles with double web angles are commonly used in the design of beam-to-column joints in Asian and North American countries. The seismic behavior analysis of these joints with large cross-section size of beam and column (often connected by four or more bolts) is a challenge due to the effects from the relatively larger size of stiffened angles and the composite action from the adjacent concrete slab. This paper presents an experimental investigation on the seismic performance of exterior composite beam-to-column joints with stiffened angles under cyclic loading. Four full-scale composite joints with different configuration (only one specimen contain top angle in concrete slab) were designed and tested. The joint specimens were designed by considering the effects of top angles, longitudinal reinforcement bars and arrangement of bolts. The behavior of the joints was carefully investigated, in terms of the failure modes, slippage, backbone curves, strength degradation, and energy dissipation abilities. It was found that the slippage between top-and-seat angles and beam flange, web angle and beam web led to a notable pinching effect, in addition, the ability of the energy dissipation was significantly reduced. The effect of anchored beams on the behavior of the joints was limited due to premature failure in concrete, the concrete slab that closes to the column flange and upper flange of beam plays an significant role when the joint subjected to the sagging moment. It is demonstrated that the ductility of the joints was significantly improved by the staggered bolts and welded longitudinal reinforcement bars.
Slippage of beam longitudinal reinforcement at beam-column connections is an important cause of damage to reinforced concrete frames under static and dynamic loads, This paper summarizes the results of an experimen¬tal study on the effects of confinements and compressive strength of concrete on the local bond stress-slip cha¬racteristics of deformed bars. I t is concluded from experimental results that, as far as the bond splittmg cracks are restrained by the vertical column reinforcement, confinement of concrete by transverse reinforcement has insignigicant direct effect on the local bond behavior. The ultimate bond strength, however, Increases pro¬portionally with the square root of concrete compressive strength. An empirical model was developed for local bond st ressslip relationslip of deformed bars in confined concrete of different compressive strengths.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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