The cyclic behavior and energy dissipation mechanism of short coupling beams with various reinforcement layouts were studied. For numerical analysis of coupling beams, nonlinear truss model was used. The results of numerical analysis showed that the coupling beams with conventional reinforcement layout showed pinched cyclic behavior without significant energy dissipation, whereas the coupling beams with diagonal reinforcement exhibited stable cyclic behavior without pinching. The energy dissipation of the coupling beams was developed mainly by diagonal reinforcing bars developing large plastic strains rather than concrete which is a brittle material Based on this result, simplified equations for evaluating the energy dissipation of coupling beams were developed. For verification, the predicted energy dissipation was compared with the test results. The results showed that the simplified equations can predict the energy dissipation of short coupling beams with shear span-to-depth ratio less than 1.25 with reasonable precision, addressing various design parameters such as reinforcement layout, shear span-to-depth ratio, and the magnitude of inelastic displacement. The proposed energy equations can be easily applied to performance-based seismic evaluation and design of reinforced concrete structures and members.
Kim, Chul-Goo;Park, Hong-Gun;Hong, Geon-Ho;Kang, Su-Min
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.2
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pp.175-185
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2013
Currently in precast concrete construction, precast concrete and cast-in-place concrete with different concrete strengths are used. However, current design codes do not provide shear design methods for PC-CIP hybrid members using dual concrete strengths. In the present study, the shear strengths of beams using dual concrete compressive strengths (24 MPa, 60 MPa) were tested. The test variables were the area ratio of the two concretes, longitudinal bar ratio, and shear span-to-depth ratio. The shear strengths of test specimens were evaluated by current design methods, using an effective concrete strength (considering the area ratio of the two concrete strengths). The test result showed that when 60 MPa concrete was used in the compressive zone and the longitudinal bar ratio was low, the shear strengths of the test specimens were less than the predictions. On the basis of the results, design recommendations were provided for the shear design of the PC-CIP hybrid beams.
Flexural design of double composite box girder over the interior pier for three-span continuous bridge was performed by the LRFD method. The maximum span length of the continuous bridge ranged from 80m to 120m and the relative ratio of the span length was assumed to be 1:1.25:1. The girder section was designed for the strength limit state and service limit state with additional design check for constructibility. Before the bottom concrete and compression flange showed a complete composite action, the buckling of lower compression flange was checked. The flexural stiffness and flexural resistance characteristics for the section and for the constituent members such as tension flange, compression flange, and web were analyzed for different thicknesses of the bottom concrete on top of the compression flange. The effect of the distribution ratio of steel between the top and bottom flanges was investigated by analyzing ductility behavior and stress distribution through the girder's depth for several different relative area ratios of steel between the top and bottom flanges. It was found that a total amount of 15% of steel can be saved by applying the double composite system compared with that of the conventional composite system.
The purpose of this study is to evaluate the flexural and shear capacity of steel wire-integrated void deck plate slabs. In order to evaluate flexural and shear capacity, we make five 150mmspecimens and three 200mmspecimens by slab depth as main variable. Each series of specimen is comprised of an existing steel wire-integrated deck-plate slab and two specimens using topping depth as variable. From the series of experiments, steel wire-integrated void deck plate slabs has any decline in flexural and shear performance. Therefore, a void-deck-plate slab which inserts Omega-steel plate showed reducing a using concrete-volume and had flexural and shear capacity following existing steel wire-integrated deck-plate.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.2
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pp.281-291
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2002
This paper describes the minimum cost design of prestressed reinforced concrete (PRC) hem with rectangular section. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, prestressing steel, non prestressing steel, and formwork is minimized. The design constraints include limits on the minimum deflection, flexural and shear strengths, in addition to ductility requirements, and upper-Lower bounds on design variables as stipulated by the specification. The optimization is carried out using the methods based on discretized continuum-type optimality criteria(DCOC). Based on Kuhn-Tucker necessary conditions, the optimality criteria are explicitly derived in terms of the design variables - effective depth, eccentricity of prestressing steel and non prestressing steel ratio. The prestressing profile is prescribed by parabolic functions. In this paper the effective depth is considered to be freely-varying and one uniform for the entire multispan beam respectively. Also the maximum eccentricity of prestressing force is considered in every span. In order to show the applicability and efficiency of the derived algorithm, several numerical examples of PRC continuous beams are solved.
Reducing the self-weight of reinforced concrete structures problem is discussed in this paper by using two types of self-weight reduction, the first is by using lightweight coarse aggregate (crushed brick) and the second is by using styropor block. Experimental and Numerical studies are conducted on (LWAC) lightweight aggregate reinforced concrete slabs, having styropor blocks with various sizes of blocks and the ratio of shear span to the effective depth (a/d). The experimental part included testing eleven lightweight concrete one-way simply supported slabs, comprising three as reference slabs (solid slabs) and eight as styropor block slabs (SBS) with a total reduction in cross-sectional area of (43.3% and 49.7%) were considered. The holes were formed by placing styropor at the ineffective concrete zones in resisting the tensile stresses. The length, width, and thickness of specimen dimensions were 1.1 m, 0.6 m, and 0.12 m respectively, except one specimen had a depth of 85 mm (which has a cross-sectional area equal to styropor block slab with a weight reduction of 49.7%). Two shear spans to effective depth ratios (a/d) of (3.125) for load case (A) and (a/d) of (2) for load case (B), (two-line monotonic loads) are considered. The test results showed under loading cases A and B (using minimum shear reinforcement and the reduction in cross-sectional area of styropor block slab by 29.1%) caused an increase in strength capacity by 60.4% and 54.6 % compared to the lightweight reference slab. Also, the best percentage of reduction in cross-sectional area is found to be 49.7%. Numerically, the computer program named (ANSYS) was used to study the behavior of these reinforced concrete slabs by using the finite element method. The results show acceptable agreement with the experimental test results. The average difference between experimental and numerical results is found to be (11.06%) in ultimate strength and (5.33%) in ultimate deflection.
In this study, fifteen reinforced high-strength lightweight concrete(HLC)beams were tested to investigate shear behavior of specimens according to shear reinforcement ratio. Test variables are shear span to effective depth ratio(a/d=2.5, 3.5, 4.5) and shear reinforcement ratio(0~1.0${\rho}_{v,ACI}$). Concrete compressive strength and tensile steel reinforcement ratio are constantly 439kg/$cm^2$ and 0.0203, respectively. Test results for the HLC beams showed that ACI code equation underestimates the shear strength of concrete($V_c$), and overestimates the shear strength of shear reinforcements($V_s$). It is revealed that the effectivenesses of shear reinforcements of reinforced HLC beams are lower than those of normal weight concrete beams. Then, the shear strengths of shear reinforcements are increased in proportion not to first degree of shear reinforcement ration but to square root of them.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.5
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pp.2474-2480
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2013
A stress ribbon pedestrian bridge is the structure in which the axial force of prestressed deck, which is developed by introducing prestressed force into the thin deck with the very low value of span to deck-depth ratio which is installed on bearing cables with the specified sag, resists most of external loadings. Since the design of stress ribbon pedestrian bridges should be conducted by assuming the cross-section of deck, the area of bearing cables and post-tensioning cables, and the prestressed force of post-tensioning cables, it requires much more iterative processes than the design of general bridges. In this research, to minimize such iteration processes, regression equations which can reasonably assume the area of bearing cables and post-tensioning cables, and the prestressed force of post-tensioning cables, are suggested for the bridge length of 80m with the sag-span ratios of 1/30, 1/40, and 1/50.
The use of high-strength concrete (HSC) has significantly increased over the last decade, especially in offshore structures, long-span bridges, and tall buildings. The behavior of such concrete is noticeably different from that of normal-strength concrete (NSC) due to its different microstructure and mode of failure. In particular, the shear capacity of structural members made of HSC is a concern and must be carefully evaluated. The shear fracture surface in HSC members is usually trans-granular (propagates across coarse aggregates) and is therefore smoother than that in NSC members, which reduces the effect of shear transfer mechanisms through aggregate interlock across cracks, thus reducing the ultimate shear strength. Current code provisions for shear design are mainly based on experimental results obtained on NSC members having compressive strength of up to 50MPa. The validity of such methods to calculate the shear strength of HSC members is still questionable. In this study, a new approach based on artificial neural networks (ANNs) was used to predict the shear capacity of NSC and HSC beams without shear reinforcement. Shear capacities predicted by the ANN model were compared to those of five other methods commonly used in shear investigations: the ACI method, the CSA simplified method, Response 2000, Eurocode-2, and Zsutty's method. A sensitivity analysis was conducted to evaluate the ability of ANNs to capture the effect of main shear design parameters (concrete compressive strength, amount of longitudinal reinforcement, beam size, and shear span to depth ratio) on the shear capacity of reinforced NSC and HSC beams. It was found that the ANN model outperformed all other considered methods, providing more accurate results of shear capacity, and better capturing the effect of basic shear design parameters. Therefore, it offers an efficient alternative to evaluate the shear capacity of NSC and HSC members without stirrups.
In steel frame-tube structures (SFTSs) the application of flexural beam is not suitable for the beam with span-to-depth ratio lower than five because the plastic hinges at beam-ends can not be developed properly. This can lead to lower ductility and energy dissipation capacity of the SFTS. To address this problem, a replaceable shear link, acting as a ductile fuse at the mid length of deep beams, is proposed. SFTS with replaceable shear links (SFTS-RSLs) dissipate seismic energy through shear deformation of the link. In order to evaluate this proposal, buildings were designed to compare the seismic performance of SFTS-RSLs and SFTSs. Several sub-structures were selected from the design buildings and finite element models (FEMs) were established to study their hysteretic behavior. Static pushover and dynamic analyses were undertaken in comparing seismic performance of the FEMs for each building. The results indicated that the SFTS-RSL and SFTS had similar initial lateral stiffness. Compared with SFTS, SFTS-RSL had lower yield strength and maximum strength, but higher ductility and energy dissipation capacity. During earthquakes, SFTS-RSL had lower interstory drift, maximum base shear force and story shear force compared with the SFTS. Placing a shear link at the beam mid-span did not increase shear lag effects for the structure. The SFTS-RSL concentrates plasticity on the shear link. Other structural components remain elastic during seismic loading. It is expected that the SFTS-RSL will be a reliable dual resistant system. It offers the benefit of being able to repair the structure by replacing damaged shear links after earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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