Due to the high compressive and tensile strength of ultra-high performance concrete (UHPC), UHPC used in steel concrete composite structures provided thinner concrete layer compared to ordinary concrete. This leaded to the headed stud shear connectors embedded in UHPC had a low aspect ratio. In order to systematic investigate the effect of headed stud with low aspect ratio on the structural behaviors of steel UHPC composite structure s this paper firstly carried out a test program consisted of twelve push out specimens. The effects of stud height, aspect ratio and reinforcement bars in UHPC on the structural behaviors of headed studs were investigated. The push out test results shows that the increasing of stud height did not obviously influence the structural behaviors of headed studs and the aspect ratio of 2.16 was proved enough to take full advantage of the headed stud strength. Based on the test results, the equation considering the contribution of weld collar was modified to predict the shear strength of headed stud embedded in UHPC. The modified equation could accurately predict the shear strength of headed stud by comparing with the experimental results. On the basis of push out test results, bending tests consisted of three steel UHPC composite slabs were conducted to investigate the effect of shear connection degree on the structural behaviors of composite slabs. The bending test results revealed that the shear connection degree had a significantly influence on the failure modes and ultimate resistance of composite slabs and composite slab with connection degree of 96% in s hear span exhibited a ductile failure accompanied by the tensile yield of steel plate and crushing of UHPC. Finally, analytical model based on the failure mode of composite slabs was proposed to predict the ultimate resistance of steel UHPC composite slabs with different shear connection degrees at the interface.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.201-204
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2008
The Sectional Design Model(AASHTO LRFD) is appropriate for the design of typical bridge girders, slabs, and other regions of components where the assumptions of traditional engineering beam theory are valid. The shear resistance of a concrete member may be separated into a component, $V_c$, that relies on tensile stresses in the concrete, $V_s$, that relies on tensile stresses in the transverse reinforcement. The expressions for $V_c$ and $V_s$ apply to both prestressed and nonprestressed section, with the terms ${\beta}$ and ${\theta}$ depending on the applied loading(M, V, N, and T) and the properties of the section. With ${\beta}$ taken as 2.0 and ${\theta}$ as 45$^{\circ}$, the expressions for shear strength become essentially identical to those traditionally used for evaluating shear resistance. Recent large-scale experiments, however, have demonstrated that these traditional expression can be seriously unconservative for large members not containing transverse reinforcement. And This paper can present only a brief introduction to shear design of AASHTO LRFD and is to review of the technical difficulty.
This study reports the details of the finite element analysis of eleven shear critical partially prestressed concrete T-beams having steel fibers over partial or full depth. Prestressed concrete T-beams having a shear span to depth ratio of 2.65 and 1.59 and failing in the shear have been analyzed using 'ANSYS'. The 'ANSYS' model accounts for the nonlinear phenomenon, such as, bond-slip of longitudinal reinforcements, post-cracking tensile stiffness of the concrete, stress transfer across the cracked blocks of the concrete and load sustenance through the bridging of steel fibers at crack interface. The concrete is modeled using 'SOLID65'-eight-node brick element, which is capable of simulating the cracking and crushing behavior of brittle materials. The reinforcements such as deformed bars, prestressing wires and steel fibers have been modeled discretely using 'LINK8' - 3D spar element. The slip between the reinforcement (rebar, fibers) and the concrete has been modeled using a 'COMBIN39'-non-linear spring element connecting the nodes of the 'LINK8' element representing the reinforcement and nodes of the 'SOLID65' elements representing the concrete. The 'ANSYS' model correctly predicted the diagonal tension failure and shear compression failure of prestressed concrete beams observed in the experiment. The capability of the model to capture the critical crack regions, loads and deflections for various types of shear failures in prestressed concrete beam has been illustrated.
Open-mode cracks could be commonly observed in layered rocks. A concept model is firstly used to explore the mechanism of the vertical cracks (VCs) in the top layer. Then the crack behaviour of the two-layer model is simulated based on a cohesive zone model (CZM) for layer interfaces and a plastic-damage model for rocks. The model indicates that the tensile stress normal to the VCs changes to compression if the crack spacing to layer thickness ratio is lower than a threshold. The results indicate that there is a threshold for interfacial shear strength that controls the crack patterns of the layered system. If the shear strength is lower than the threshold, the top layer is meshed by the VCs and interfacial cracks (ICs). When the shear strength is higher than the threshold, the top layer is meshed by the VCs and parallel cracks (PCs). If the shear strength is comparative to the threshold, a combining pattern of VCs, PCs and ICs for the top layer can be formed. The evolutions of stress distribution in the crack-bound block indicate that the ICs and PCs can reduce the load transferred for the substrate layer, and thus leads to a crack saturation state.
Many studies on the application of stainless steels as structural materials in buildings and infra-structures have been performed thanks to superior characteristics of corrosion resistance, fire resistance and aesthetic appeal. Experimental investigation to estimate the ultimate strength and fracture mode of the fillet-welded connections of cold-formed austenitic stainless steel (STS304L) with better intergranular corrosion resistance than that of austenitic stainless steel, STS304 commonly used has carried out by authors. Specimens were fabricated to fail by base metal fracture not weld metal fracture with main variables of weld lengths according to loading direction. All specimens showed a block shear fracture mode. In this paper, finite element analysis model was developed to predict the ultimate behaviors of welded connection and its validity was verified through the comparison with test results. Since the block shear behavior of welded connection due to stress triaxiality and shear-lag effects is different from that of bolted connection, stress and strain distributions in the critical path of tensile and shear fracture section were investigated. Test and analysis strengths were compared with those by current design specifications such as AISC, EC3 and existing researcher's proposed equations. In addition, through parametric analysis with extended variables, the conditions of end distance and longitudinal weld length for block shear fracture and tensile fracture were suggested.
Continuous deep girders which transmit the gravity load from the upper wall to the lower columns have frequently long end shear spans between the boundary of the upper wall and the face of the lower column. This paper presents the results of tests and analyses performed on three 1:2.5 scale specimens with long end shear spans, (the ratios of shear-span/total depth: 1.8 < a/h < 2.5): one designed by the conventional approach using the beam theory and two by the strut-and-tie approach. The conclusions are as follows: (1) the yielding strength of the continuous RC deep girders is controlled by the tensile yielding of the bottom longitudinal reinforcements, being much larger than the nominal strength predicted by using the section analysis of the girder section only or using the strut-and-tie model based on elastic-analysis stress distribution. (2) The ultimate strengths are 22% to 26% larger than the yielding strength. This additional strength derives from the strain hardening of yielded reinforcements and the shear resistance due to continuity with the adjacent span. (3) The pattern of shear force flow and failure mode in shear zone varies depending on the amount of vertical shear reinforcement. And (4) it is necessary to take into account the existence of the upper wall in the analysis and design of the deep continuous transfer girders that support the upper wall with a long end shear span.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.3
no.1
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pp.19-24
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1966
The maximum shear stress distribution in a stiffening flat attached to a plat undergoing a single tensile force has been investigated by photoelastic method. In the experiments a photoelastic model, as shown in Fig. 1, has been studied in the fields of a polariscope, as shown in Fig. 2. Fig. 3 shows the isoclinics and Fig. 4 and 5 are stress trajectories of the principal stresses and maximum shear stresses, respectively. Fig. 6 is the isochromatics in light field. The maximum shear stress at each point in the stiffener were determined from the isochromatics in both of light field of light field and dark field. Then the maximum shear stresses were divided by the average shear stress in the model, to obtain the ratio ${\tau}max/{\tau}av$ at each point. Finaly the variations of the ratio ${\tau}max/{\tau}av$ along the horizontal and vertical lines in the stiffener have been plotted, as shown in Fig. 7 and 8. The conclusions reached in this investigation are as follows: (1) The shear stresses transmitted to the stiffener through the juncture are concentrated on the end portions. (2) The maximum shear stress at the ends of the stiffener reaches to about 4 times of average shear stress. (3) The irregularities in the stress distribution are restricted in the end portions of the stiffener.
Seungyeon Lee;Seunghoon Seo;Seungjun Kim;Chulsang Yoo;Goangseup Zi
Computers and Concrete
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v.33
no.5
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pp.509-518
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2024
In this study, we investigated the effect of shear-key placement on the performance of grouted connections in offshore wind-turbine structures. Considering the challenges of height control during installation, we designed and analyzed three grouted connection configurations. We compared the crack patterns and strain distribution in the shear keys under axial loading. The results indicate that the misalignment of shear keys significantly influences the ultimate load capacity of grouted connections. Notably, when the shear keys were positioned facing each other, the ultimate load decreased by approximately 15%, accompanied by the propagation of irregular cracks in the upper shear keys. Furthermore, the model with 50% misalignment in the shear-key placement exhibited the highest ultimate strength, indicating a more efficient load resistance than the reference model. This indicates that tensile-load-induced cracking and the formation of compressive struts in opposite directions significantly affect the structural integrity of grouted connections. These results demonstrate the importance of considering buckling effects in the design of grouted connections, particularly given the thin and slender nature of the inner sleeves. This study provides valuable insights into the design and analysis of offshore wind-turbine structures, highlighting the need for refined design formulas that account for shifts in shear-key placement and their structural implications.
A constitutive model unifying plasticity and crack damage mode)s was developed to address the cyclic behavior of reinforced concrete planar members. The stress of concrete in tension-compression was conceptually defined by the sum of the compressive stress developed by the strut-action of concrete and the tensile stresses developed by tensile cracking. The plasticity model with multiple failure criteria was used to describe the isotropic damage of compressive crushing affected by the anisotropic damage of tensile cracking. The concepts of the multiple fixed crack damage model and the plastic flow model of tensile cracking were used to describe the tensile stress-strain relationship of multi-directional cracks. This unified model can describe the behavioral characteristics of reinforced concrete in cyclic tension-compression conditions, i.e. multiple tensile crack orientations, progressively rotating crack damage, and compressive crushing of concrete. The proposed constitutive model was implemented to finite element analysis, and it was verified by comparison with existing experimental results from reinforced concrete shear panels and walls under cyclic load conditions.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.155-156
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2010
In current study, a nonlinear model for the shear behavior of Fiber-Reinforced Cementitious Composite (FRCC) panels has been introduced. The model is dealing with the multiple micro-cracking mechanism of FRCC materials which induce the high-ductile tensile characteristic, the compressive strain-softening, and the shear transfer mechanism in the cracked FRCC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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