Yielding of the internal steel reinforcement is an important mechanism that influences the Intermediate Crack-induced debonding (IC debonding) behavior in FRP-strengthened RC members since the FRP is required to carry additional forces beyond the condition of steel yielding. However, rational design practice dictates an appropriate limit state is defined when steel yielding is assured prior to FRP debonding. This paper proposes a criterion which correlates the occurrence of IC debonding to the formulation of a critical steel yielding length. Once this length is exceeded the average bond stress in the FRP/concrete interface exceeds its threshold value, which proves to correlate with the average bond resistance in an FRP/concrete joint under simple shear loading. This proposed IC debonding concept is based on traditional sections analysis which is conventionally applied in design practice. Hence complex bond stress-slip analyses are avoided. Furthermore, the proposed model incorporates not only the bond properties of FRP/concrete interface but also the beam geometry, and properties of steel and FRP reinforcement in the analysis of IC debonding strength. Based upon a solid database, the validity of the proposed simple IC debonding criterion is demonstrated.
The tubed steel reinforced concrete (SRC) column is a composite column in which the outer steel tube is mainly used to provide confinement on the core concrete. This paper presents experimental and analytical studies on the behavior of circular tubed SRC (TSRC) columns subjected to axial compression. Eight circular TSRC columns were tested to investigate the effects of length-to-diameter ratio (L/D) of the specimens, diameter-to-thickness ratio (D/t) of the steel tubes, and use of stud shear connectors on the steel sections. Elastic-plastic analysis on the steel tubes was used to investigate the mechanism of confinement on the core concrete. The test results indicated that the tube confinement increased the strength and deformation capacity for both short and slender columns, and the effects on strength were more pronounced for short columns. A nonlinear finite element (FE) model was developed using ABAQUS, in which the nonlinear material behavior and initial geometric imperfection were included. Good agreement was achieved between the predicted results using the FE model and the test results. The test and FE results were compared with the predicted strengths calculated by Eurocode 4 and the AISC Standard. Based on the analytical results, a new design method for this composite column was proposed.
A new type of moment-resisting bolted connection was developed for use in composite steel- concrete construction to connect composite open section steel beams to concrete filled steel square tubular columns. The connection was made possible using anchored blind bolts along with two through bolts. It was designed to act compositely with the in-situ reinforced concrete slab to achieve an enhanced stiffness and strength. The developed connection was incorporated in the design of a medium rise (five storey) commercial building which was located in low to medium seismicity regions. The lateral load resisting system for the design building consisted of moment resisting frames in two directions. A major full scale test on a sub-assembly of a perimeter moment-resisting frame of the model building was conducted to study the system behaviour incorporating the proposed connection. The behaviour of the proposed connection and its interaction with the floor slab under cyclic loading representing the earthquake events with return periods of 500 years and 2500 years was investigated. The proposed connection was categorized as semi rigid for unbraced frames based on the classification method presented in Eurocode 3. Furthermore, the proposed connection, composite with the floor slab, successfully provided adequate lateral load resistance for the model building.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.391-401
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2017
In this study, the effects of water-to-binder (W/B) ratio and replacement ratio of blast furnace slag (BFS) on the compressive strength of concrete were first investigated to determine an optimized mixture. Then, using the optimized high-strength concrete (HSC) mixture, hooked steel fibers with various aspect ratios and volume fractions were used as additives and the resulting mechanical properties under compression and flexure were evaluated. Test results indicated that replacement ratios of BFS from 50 to 60% were optimal in maximizing the compressive strength of steam-cured HSCs with various W/B ratios. The use of hooked steel fibers with the aspect ratio of 80 led to better mechanical performance under both compression and flexure than those with the aspect ratio of 65. By increasing the fiber aspect ratio from 65 to 80, the hooked steel fiber volume content could be reduced by 0.25% without any significant deterioration of energy absorption capacity. Lastly, complete material models of steel-fiber-reinforced HSCs were proposed for structural design from Lee's model and the RILEM TC 162-TDF recommendations.
The subject of the ongoing research work is to analyze the composite action of the structural elements of composite slabs with profiled steel decking by experimental and numerical studies. The mechanical and frictional interlocks result in a complex behaviour and failure under horizontal shear action. This is why the design characteristics can be determined only by standardized experiments. The aim of the current research is to develop a computational method which can predict the behaviour of embossed mechanical bond under shear actions, in order to derive the design characteristics of composite slabs with profiled steel decking. In the first phase of the research a novel experimental analysis is completed on an individual concrete encased embossment of steel strip under shear action. The experimental behaviour modes and failure mechanisms are determined. In parallel with the tests a finite element model is developed to follow the ultimate behaviour of this type of embossment, assuming that the phenomenon is governed by the failure of the steel part. The model is verified and applied to analyse the effect of embossment's parameters on the behaviour. In the extended investigation different friction coefficients, plate thicknesses, heights and the size effects are studied. On the basis of the results the tendencies of the ultimate behaviour and resistance by the studied embossment's characteristics are concluded.
This study aims to monitor the variation of modal frequencies of steel buildings during their construction sequence. In this respect, construction of a steel building is followed by vibration based measurements. The monitored building is a three-story educational building within a building group whose structural system consists of steel moment resisting steel frames and eccentric braces. Five different acceleration measurements in two perpendicular directions are taken on five different construction stages, starting from the erection of the columns and beams ending with the completion of the construction. The recorded measurements are transferred into frequency domain and the dominant frequencies for each case have been determined. The change in the dominant frequencies is evaluated with the existing construction stages and performed constructional works between the stages. The last measurement, performed on the building in service, revealed the first two dominant frequencies as mutual in X and Y direction, showing that these dynamic modes are torsional modes. This result is investigated by numerical analysis performed with finite element model of the building constructed for design purpose. Lower frequencies and different mode shapes are determined from numerical analysis. The reason of lower frequencies is discussed and the vibration survey is extended to determine the effects of an adjacent building. The results showed that the building is in strong relation with an adjoining building in spite of a designed construction joint.
This paper presents results of a numerical analysis performed on a corrugated steel plate (CSP) bridge during a backfilling process. The analysed bridge structure was a box culvert having a span of 12315 mm as well as a clear height of 3550 mm. Obtained calculation results were compared with the experimental ones. The paper is presented with the application of the Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC) program based on the finite differences method (FDM) to determine behaviour of the soil-steel bridge structure during backfilling. The assumptions of a computational 2D model of soil-steel structure with a non-linear interface layer are described. Parametric analysis of the interface element is also given in order to receive the most realistic calculation results. The method based on this computational model may be used with large success to design calculations of this specific type of structure instead of the conventional and fairly inaccurate analytical methods. The conclusions drawn from such analysis can be helpful mostly for the assessment of the behaviour of steel-soil bridge structures under loads of backfilling. In consideration of an even more frequent application of this type of structure, conclusions from the conducted analysis can be generalized to a whole class of similar structural bridge solutions.
This paper presents experiments and theoretical analysis on shear behavior of eight concrete-encased square concrete-filled steel tube (CECFST) specimens and three traditional reinforced concrete (RC) specimens. A total of 11 specimens with the test parameters including the shear span-to-depth ratio, steel tube size and studs arrangement were tested to explore the shear performance of CECFST specimens. The failure mode, shear capacity and displacement ductility were thoroughly evaluated. The test results indicated that all the test specimens failed in shear, and the CECFST specimens enhanced by the interior CFST core exhibited higher shear capacity and better ductility performance than that of the RC specimens. When the other parameters were the same, the larger steel tube size, the smaller shear span-to-depth ratio and the existence of studs could lead to the more satisfactory shear behavior. Then, based on the compatible truss-arch model, a set of formulas were developed to analytically predict the shear strength of the CECFST members by considering the compatibility of deformation between the truss part, arch part and the steel tube. Compared with the calculated results based on several current design specifications, the proposed formulas could get more accurate prediction.
In this study, influence of the process parameters of the roller leveling process on the straightness of the steel wire was analyzed using numerical analysis. To construct the numerical analysis model, cross-sectional and longitudinal element sizes, which affect the prediction accuracy of longitudinal stress caused by bending deformation of the steel wire, were optimized, and mass scaling that satisfies prediction accuracy while reducing computational time was confirmed. By using the constructed numerical analysis model, the influence of various process parameters such as input direction of the steel wire, initial diameter of the steel wire, back tension and intermesh on the straightness was confirmed. The simulation result shows that the 3rd and 4th roller of vertical straightener had a significant influence on vertical shape of the steel wire.
This paper studies the lateral impact behavior of ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) filled double-skin steel tubular (UHPFRCFDST) columns. The impact force, midspan deflection, and strain histories were recorded. Based on the test results, the influences of drop height, axial load, concrete type, and steel tube wall thickness on the impact resistance of UHPFRCFDST members were analyzed. LS-DYNA software was used to establish a finite element (FE) model of UHPFRC filled steel tubular members. The failure modes and histories of impact force and midspan deflection of specimens were obtained. The simulation results were compared to the test results, which demonstrated the accuracy of the finite element analysis (FEA) model. Finally, the effects of the steel tube thickness, impact energy, type of concrete and impact indenter shape, and void ratio on the lateral impact performances of the UHPFRCFDST columns were analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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