This paper presents the results of an experimental investigation on the behaviour of 56 reinforced concrete beams subjected to pure torsion. The reported results include the behaviour curves, the failure modes and the values of the pre-cracking torsional stiffness, the cracking and ultimate torsional moments and the corresponding twists. The influence of the volume of stirrups, the height to width ratios and the arrangement of longitudinal bars on the torsional behaviour is discussed. In order to describe the entire torsional behaviour of the tested beams, the combination of two different analytical models is used. The prediction of the elastic till the first cracking part is achieved using a smeared crack analysis for plain concrete in torsion, whereas for the description of the post-cracking response the softened truss model is used. A simple modification to the softened truss model to include the effect of confinement is also attempted. Calculated torsional behaviour of the tested beams and 21 beams available in the literature are compared with the experimental ones and a very good agreement is observed.
In this paper a new truss modeling technique for describing the beam shear resistance mechanism is proposed based on the reinterpretation of the well-known relationship between shear and the rate of change of bending moment in a reinforced concrete beam subjected to combined shear and moment loads. The core of the model is that a new perspective on the shear resistance can be gained by viewing the internal stress filed in terms of the superposition of two base components of shear resistance; arch action and beam action. The arch action can be described as a simple tied-arch which is consisted of a curved compression chord and a tension tie of the longitudinal steel, while the beam action between the two chords can be modeled as a membrane shearing element with forming a smeared truss action. The compatibility of deformation associated to the two action is taken into account by employing an experimental factor or internal state force factor a. Then the base equation of V=dM/dx is numerically duplicated. The new model was examined by the 362 experimental results. The shear strength predicted by the internal force state factor a show better correlation with the tested values than the present shear design.
An analytical finite element approach to nonlinear behavior of reinforced concrete shear walls with opening under monotonic loading was presented in this paper. In order to achieve the objectives of present paper, the orthogonal anisotropic models for cracked reinforced concrete element based on smeared crack concept were used as the nonlinear material models of biaxial state of stress. The stiffness of cracked concrete was evaluated through the combined use of tension and compression stiffness models in and parallel directions of crack, respectively and shear transfer effect due to the aggregate interlocking at crack surface. The stress and strain of reinforcement in concrete was evaluated using the average stress and average strain relation with bond effect. based on smeared crack concept. The diagonal reinforcing bar was modeled using truss element with bond effect. A special significance of diagonal reinforcement near opening was given to the shear wall with opening and an effective distribution of diagonal reinforcement was presented in order to give an ultimate strength increment as well as a crack control.
Chong, Kak Tien;Gilbert, R. Ian;Foster, Stephen J.
Computers and Concrete
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제1권2호
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pp.151-168
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2004
A two-dimensional nonlinear finite element model is developed to simulate time-dependent cracking of reinforced concrete members under service loads. To predict localized cracking, the crack band model is employed to model individual crack opening. In conjunction with the crack band model, a bond-interface element is used to model the slip between concrete and reinforcing steel permitting large slip displacements between the concrete element nodes and the steel truss element nodes at crack openings. The time-dependent effects of concrete creep and shrinkage are incorporated into the smeared crack model as inelastic pre-strains in an iterative solution procedure. Two test examples are shown to verify the finite element model with good agreement between the model and the observed test results.
본 연구의 목적은 휨과 전단에 지배 받는 철근콘크리트 보에서 아치작용에 의한 전단기여분을 평가하는 모델을 개발하는 것이다. 전단력은 휨모멘트의 변화률이라는 관계식을 기초로, 분산트러스 이상화 기법을 이용하여 횡단면에서 베르누이(Bernoulli) 휨 평면으로부터 전단변형적합조건을 새롭게 유도하였다. MCFT와 분산트러스 이상화를 통해 전단흐름에 의한 복부전단요소의 전단곡률을 일치시키는 전단변형적합조건을 수립하였다. 전단변형적합조건을 이용하면, 보 전단거동은 타이드아치작용과 보 작용의 두 성분으로 수치적 분해 될 수 있다. 그리고 두 기본 작용의 분해가 가능하기 때문에 전단에 지배받는 보의 내력을 예측할 수 있다. 제안 모델의 유효성은 기존 문헌에 수록된 활용 가능한 실험 자료를 통해 검증하였고, 수행 결과는 예측치와 실험치 사이에서 실질적으로 일치하는 결과를 얻었다. 결과의 정확성으로부터 제안 모델의 합리성을 확신할 수 있었다.
Ju, Hyunjin;Han, Sun-Jin;Kim, Kang Su;Strauss, Alfred;Wu, Wei
Structural Engineering and Mechanics
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제75권3호
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pp.401-414
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2020
Unlike the existing truss models for shear and torsion analysis, in this study, the torsional capacities of reinforced concrete (RC) members were estimated by introducing multi-potential capacity criteria that considered the aggregate interlock, concrete crushing, and spalling of concrete cover. The smeared truss model based on the fixed-angle theory was utilized to obtain the torsional behavior of reinforced concrete member, and the multi-potential capacity criteria were then applied to draw the capacity of the member. In addition, to avoid any iterative calculation in the existing torsional behavior model, a simple strength model was suggested that considers key variables, such as the effective thickness of torsional member, principal stress angle, and strain effect that reduces the resistance of concrete due to large longitudinal tensile strain. The proposed multi-potential capacity concept and the simple strength model were verified by comparing with test results collected from the literature. The study found that the multi-potential capacity could estimate in a rational manner not only the torsional strength but also the failure mode of RC members subjected to torsional moment, by reflecting the reinforcing index in both transverse and longitudinal directions, as well as the sectional and material properties of RC members.
본 연구의 목적은 휨과 전단에 지배받는 철근콘크리트 보에서 아치작용에 의한 전단기여성분을 평가하기 위한 새로운 해석 모델의 적용성을 검증하기 위한 것이다. 새로운 모델은 전단력은 휨모멘트의 변화율이라는 관계식을 기초로, 분산트러스 이상화 기법을 이용하여 횡단면에서 베르누이(Bernoulli) 휨 평면으로부터 전단변형적합조건을 새롭게 유도하였으며, MCFT와 분산트러스 이상화를 통해 전단흐름에 의한 복부전단요소의 전단곡률을 일치시키는 전단변형적합조건을 수립하였다. 전단변형적합조건을 이용하면, 보 전단거동은 타이드아치작용과 보작용의 두 성분으로 수치적 분해 될 수 있다. 이러한 분리 접근법의 유효성은 기존 문헌에 수록된 활용 가능한 실험 자료를 통해 검증하였다. 수행 결과 실제 측정 전단강도와 비교하였을 때 복부가 분담하는 전단강도는 훨씬 일정하며, 역학적 복부철근비와 훌륭한 선형 상관관계에 있는 것으로 나타났다. 새로운 해석 모델은 철근콘크리트 부재의 전단 거동에 영향을 미치는 각 변수나 메커니즘을 합리적으로 설명할 수 있는 모델이라고 할 수 있겠다.
This paper presents a model for evaluating the contribution by arch action to shear resistance in shear-critical RC beams. Based on the relationship between shear and bending moment in beams subjected to combined shear and bending, The behavior of a beam is explicitly divided into two base components of the flexural action and the tied arch action. The compatibility condition of the shear deformation that deviates from Bernoulli bending plane is formulated utilizing the smeared truss idealization with an inclined compression chord. From this shear compatibility condition in a beam, the shear contribution by the arch action is numerically decoupled.
Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Park, Min Kook;Choi, Seung-Ho;Kim, Kang Su;Pan, Zuanfeng
Computers and Concrete
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제16권6호
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pp.825-846
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2015
In this study, shear tests on steel fiber reinforced-prestressed concrete (SFR-PSC) members were conducted with test parameters of the concrete compressive strength, the volume fraction of steel fibers, and the level of effective prestress. The SFR-PSC members showed higher shear strengths and stiffness after diagonal cracking compared to the conventional prestressed concrete (PSC) members without steel fibers. In addition, their shear deformational behavior was measured using the image-based non-contact displacement measurement system, which was then compared to the results of nonlinear finite element analyses (NLFEA). In the NLFEA proposed in this study, a bi-axial tensile behavior model, which can reflect the tensile behavior of the steel fiber-reinforced concrete (SFRC) in a simple manner, was introduced into the smeared crack truss model. The NLFEA model proposed in this study provided a good estimation of shear behavior of the SFRPSC members, such as the stiffness, strengths, and failure modes, reflecting the effect of the key influential factors.
This paper presents a stress field approach for the shear capacity of stirrup-reinforced concrete beams that explicitly incorporates the contribution of principal tensile stresses in concrete. This formulation represents an extension of the variable strut inclination method adopted in the Eurocode 2. In this model, the stress fields in web concrete consist of principal compressive stresses inclined at an angle θ combined with principal tensile stresses oriented along a direction orthogonal to the former (the latter being typically neglected in other formulations). Three different failure mechanisms are identified, from which the strut inclination angle and the corresponding shear strength are determined through equilibrium principles and the static theorem of limit analysis, similar to the EC-2 approach. It is demonstrated that incorporating the contribution of principal tensile stresses of concrete slightly increases the ultimate inclination angle of the compression struts as well as the shear capacity of reinforced concrete beams. The proposed stress field approach improves the prediction of the shear strength in comparison with the Eurocode 2 model, in terms of both accuracy (mean) and precision (CoV), as demonstrated by a broad comparison with more than 200 published experimental results from the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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