Based on Hamilton's principle, the flexural vibration differential equations and boundary conditions of the steel-concrete composite beam (SCCB) with comprehensive consideration of the influences of the shear deformation, interface slip and longitudinal inertia of motion were derived. The analytical natural frequencies of flexural vibration were compared with available results previously observed by the experiments, the results calculated by the FE model and the other similar beam theories available in the open literatures. The comparison results showed that, the calculation results of the analytical and Timoshenko models had a good agreement with the results of the experimental test and FE model. Finally, the influences of shear deformation and interface slip on the flexural natural frequencies of the SCCB were discussed. The shear deformation effect increases with the increase of the mode orders of flexural natural vibration, and the flexural natural frequencies of the higher mode orders ignoring the influence of shear deformations effect would be overestimated. The interface slip effect decrease with the increase of the mode orders of flexural natural vibration, and the influence of the interface slip effect on flexural natural frequencies of the low mode orders is significant. The influence of the degree of shear connection on shear deformation effect is insignificant, and the low order modes of flexural natural vibration are mainly composed of the rotational displacement of cross sections.
Hong, Sung-Gul;Lee, Soo-Gon;Hong, Seongwon;Kang, Thomas H.K.
Computers and Concrete
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제18권6호
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pp.1213-1234
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2016
This paper describes a deformation-based strut-and-tie model for the flexural members at post-yield state. Boundary deformation conditions by flexural post-yield response are chosen in terms of the flexural bar strains as the main factor influenced on the shear strength. The main purpose of the proposed model is to predict the shear capacities of the flexural members associated with the given flexural deformation conditions. To verify the proposed strut-and-tie model, the estimated shear strengths depending on the flexural deformation are compared with the experimental results. The experimental data are in good agreement with the values obtained by the proposed model.
In this paper a boundary element method is developed for the general flexural-torsional buckling analysis of Timoshenko beams of arbitrarily shaped cross section. The beam is subjected to a compressive centrally applied concentrated axial load together with arbitrarily axial, transverse and torsional distributed loading, while its edges are restrained by the most general linear boundary conditions. The resulting boundary value problem, described by three coupled ordinary differential equations, is solved employing a boundary integral equation approach. All basic equations are formulated with respect to the principal shear axes coordinate system, which does not coincide with the principal bending one in a nonsymmetric cross section. To account for shear deformations, the concept of shear deformation coefficients is used. Six coupled boundary value problems are formulated with respect to the transverse displacements, to the angle of twist, to the primary warping function and to two stress functions and solved using the Analog Equation Method, a BEM based method. Several beams are analysed to illustrate the method and demonstrate its efficiency and wherever possible its accuracy. The range of applicability of the thin-walled theory and the significant influence of the boundary conditions and the shear deformation effect on the buckling load are investigated through examples with great practical interest.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제18권1E호
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pp.55-61
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2006
RC shear walls are frequently used as lateral force-resisting system in building construction because they have sufficient stiffness and strength against damage and collapse. If RC shear walls are properly designed and proportioned, these walls can also behave as ductile flexural members like cantilevered beams. To achieve this goal, the designer should provide adequate strength and deformation capacity of shear walls corresponding to the anticipated deformation level. In this study, the level of demands for deformation of shear walls was investigated using a displacement-based design approach. Also, deformation capacities of shear walls are evaluated through laboratory tests of shear walls with specific transverse confinement widely used in Korea. Four full-scale wall specimens with different wall boundary details and cross-sections were constructed for the experiment. The displacement-based design approach could be used to determine the deformation demands and capacities depending on the aspect ratio, ratio of wall area to floor plan area, flexural reinforcement ratio, and axial load ratio. Also, the specific boundary detailing for shear wall can be applied to enhance the deformation capacity of the shear wall.
This paper presents a truss model for RC columns subjected to axial load and lateral load. The presented model is based on a stress field for the flexural-shear failure of short columns, which represent shear failure and bond splitting failure. Using this model, failure strength and related deformation of RC columns are investigated. Particular emphasis is placed on models capable of representing the interaction between deformation and shear strength.
As limited well-documented experimental data are available for assessing the attributes of different deformation components of flanged walls, few appropriate models have been established for predicting the inelastic responses of flanged walls, especially those of asymmetrical flanged walls. This study presents the experimental results for three large-scale T-shaped reinforced concrete walls and examines the variations in the flexural, shear, and sliding components of deformation with the total deformation over the entire loading process. Based on the observed deformation behavior, a simple model based on moment-curvature analysis is established to estimate flexural deformations, in which the changes in plastic hinge length are considered and the deformations due to strain penetration are modeled individually. Based on the similar gross shapes of the curvature and shear strain distributions over the wall height, a proportional relationship is established between shear displacement and flexural rotation. By integrating the deformations due to flexure, shear, and strain penetration, a new load-deformation analytical model is proposed for flexure-dominant flanged walls. The proposed model provides engineers with a simple, accurate modeling tool appropriate for routine design work that can be applied to flexural walls with arbitrary sections and is capable of determining displacements at any position over the wall height. By further simplifying the analytical model, a simple procedure for estimating the ultimate displacement capacity of flanged walls is proposed, which will be valuable for performance-based seismic designs and seismic capacity evaluations.
콘크리트 부재의 내진설계에 있어 강도와 더불어 변형 능력은 중요한 요소이다. 연결보는 전단 지배 부재임에도 항복 이후 소성 변형을 요구하는 부재인데 본 연구에서는 연결보의 변형 능력에 대한 실험을 통해 변형 모형을 제시하였다. 일반적인 배근 형태를 가진 철근 콘크리트 연결보를 대상으로 단조하중실험을 수행하였다. 경간-깊이비, 휨 철근비, 전단 철근비를 변수로 하여 연결보의 거동을 평가하였다. 전단 지배 부재인 연결보는 아치작용과 트러스 작용으로 전단력에 대해 저항하는데 실험 결과를 통해 전단력을 두 작용의 구분과 항복 강도 발현 이후 소성 변형에 따른 두 작용의 구성비 변화에 대해 분석하였다. 실험결과에 기초한 전단 철근과 휨 철근의 변형률 분포 모형을 이용하여 휨 철근의 응력 상태를 산정하였다. 휨 철근의 부착-미끄러짐에 의해 결정되는 균열폭을 고려하는 연결보의 변형 모형을 제시하였다. 항복 상태는 휨 철근의 항복 시점으로 정의하였고, 극한 상태는 변형 증가에 따른 스트럿의 압축 강도 저하에 의해 결정되었다. 이 변형 모형은 변위기초설계에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
This work presents a simple exponential shear deformation theory for the flexural and free vibration responses of thick bridge deck. Contrary to the existing higher order shear deformation theories (HSDT) and the first shear deformation theory (FSDT), the proposed model uses a new displacement field which incorporates undetermined integral terms and involves only two variables. Governing equations and boundary conditions of the theory are derived by the principle of virtual work. The simply supported thick isotropic square and rectangular plates are considered for the detailed numerical studies. Results of displacements, stresses and frequencies are compared with those of other refined theories and exact theory to show the efficiency of the proposed theory. Good agreement is achieved of the present results with those of higher order shear deformation theory (HSDT) and elasticity theory. Moreover, results demonstrate that the developed two variable refined plate theory is simple for solving the flexural and free vibration responses of thick bridge deck and can achieve the same accuracy of the existing HSDTs which have more number of variables.
Kim, Seung-Hun;Lee, Ae-Bock;Han, Byung-Chan;Ha, Sang-Su;Yun, Hyun-Do
Structural Engineering and Mechanics
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제18권4호
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pp.493-516
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2004
This paper addresses the behavior and strength of structural walls with a concrete compressive strength exceeding 69 MPa. This information also enhances the current database for improvement of design recommendations. The objectives of this investigation are to study the effect of axial-load ratio on seismic behavior of high-strength concrete flexural walls. An analysis has been carried out in order to assess the contribution of deformation components, i.e., flexural, diagonal shear, and sliding shear on total displacement. The results from the analysis are then utilized to evaluate the prevailing inelastic deformation mode in each of wall. Moment-curvature characteristics, ductility and damage index are quantified and discussed in relation with axial stress levels. Experimental results show that axial-load ratio have a significant effect on the flexural strength, failure mode, deformation characteristics and ductility of high-strength concrete structural walls.
In the present article, cross ply laminated composite plates are considered and a simple sinusoidal shear deformation model is tested for analyzing their flexural, stability and dynamic behaviors. The model contains only four unknown variables that are five in the first order shear deformation theory (FSDT) or other higher order models. The in-plane kinematic utilizes undetermined integral terms to quantitatively express the shear deformation influence. In the proposed theory, the conditions of zero shear stress are respected at bottom and top faces of plates without considering the shear correction coefficient. Equations of motion according to the proposed formulation are deduced by employing the virtual work principle in its dynamic version. The analytical solution is determined via double trigonometric series proposed by Navier. The stresses, displacements, natural frequencies and critical buckling forces computed using present method are compared with other published data where a good agreement between results is demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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