In this paper, an improved theoretical interfacial stress and slip analysis is presented for simply supported composite steel-concrete beam bonded with an adhesive. The adherend shear deformations have been included in the present theoretical analyses by assuming a linear shear stress through the thickness of the adherends, while all existing solutions neglect this effect. Remarkable effect of shear deformations of elements has been noted in the results. It is observed that large shear is concentrated and slip at the edges of the composite steel-concrete. Comparing with some experimental results from references, analytical advantage of this improvement is possible to determine the normal and shear stress to estimate exact prediction of normal and shear stress interfacial along span between concrete and steel beam. The exact prediction of these stresses will be very important to make an accurate analysis of the mode of fracture. It is shown that both the normal and shear stresses at the interface are influenced by the material and geometry parameters of the composite steel-concrete beam. This research is helpful for the understanding on mechanical behavior of the connection and design of such structures.
This paper presents an improved 8-node shell element for the analysis of plates and shells. The finite element, based on a refined first-order shear deformation theory, is further improved by the combined use of assumed natural strain method. We analyze the influence of the shell element with the different patterns of sampling points for interpolating different components of strains. Using the assumed natural strain method with proper interpolation functions, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior even when full integration is used in the formulation. Further, a refined first-order shear deformation theory, which results in parabolic through-thickness distribution of the transverse shear strains from the formulation based on the third-order shear deformation theory, is proposed. This formulation eliminates the need for shear correction factors in the first-order theory. Numerical examples demonstrate that the present element perform better in comparison with other shell elements.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.7
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pp.481-492
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2018
The steel-plate concrete composite beam is composed of a steel plate, concrete and shear connector to combine two inhomogeneous materials. In general, the steel plate is assembled by welding an existing composite beam. In this study, the SPC beam was composed of folding steel plates and concrete, without a headed stud. The folding steel plate was assembled by a high strength bolt instead of welding. To improve the workability in a field construction, a hat-shaped cap was attached to the junction with a slab. Monotonic load testing under two points was conducted under displacement control mode to analyze the flexural strength of the SPC beam using a cap as the shear connector. Five specimens with shear connector types, protrusion length, and different thickness of steel plates were constructed and tested. The experimental results were analyzed through the relationship between the shear strength ratio and flexural strength in KBC 2009. The test results showed a shear strength ratio of more than 40 %. In the case of using a cap-like specimen as the shear connector, the flexural strength was 70% of the value calculated as a fully composite beam. In addition, the cap showed a smaller shear strength than the stud, but the cap served as a shear connection. When the thickness of the steel plate was taken as a variable, the steel plate exhibited a bending strength of approximately 70% compared to a fully formed steel plate, and exhibited similar deformation performance. Local buckling occurred due to incomplete composite behavior, but local buckling occurred at a 5% higher strength for a relatively thick steel plate. The buckling width also decreased by 15%.
This paper presents a novel finite element model for the free vibration analysis of variable-thickness functionally graded porous (FGP) microplates resting on Pasternak's medium in the hygro-thermal environment. The governing equations are established according to refined higher-order shear deformation plate theory (RPT) in construction with the modified couple stress theory. For the first time, three-node triangular elements with twelve degrees of freedom for each node are developed based on Hermitian interpolation functions to describe the in-plane displacements and transverse displacements of microplates. Two laws of variable thickness of FGP microplates, including the linear law and the nonlinear law in the x-direction are investigated. Effects of thermal and moisture changes on microplates are assumed to vary continuously from the bottom surface to the top surface and only cause tension loads in the plane, which does not change the material's mechanical properties. The numerical results of this work are compared with those of published data to verify the accuracy and reliability of the proposed method. In addition, the parameter study is conducted to explore the effects of geometrical and material properties such as the changing law of the thickness, length-scale parameter, and the parameters of the porosity, temperature, and humidity on the free vibration response of variable thickness FGP microplates. These results can be applied to design of microelectromechanical structures in practice.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.5
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pp.18-25
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2016
This research purposed to study a structural effect on curtailment of upper shear wall in frame-shear wall structures, using MIDAS-Gen. In this study, the analysis variables were the story number of curtailment of upper shear wall, change of column section in every 2 stories and change of shear wall thickness in every 2 stories. In order to analyse a structural effect on curtailment of upper shear wall in frame-shear wall structures, we studied the distribution of shear force and overturning moment according to curtailment of shear wall, the inflection point of shear wall from shear force/overturning moment and the lateral stiffness. The results of study proposed the quantitative influence that the curtailment of upper shear wall in frame-shear wall structures had on the structural performance such as lateral stiffness. Furthermore, it is verified that the results of study can be very helpful in catching the materials on the structure design for a reasonable frame-shear wall system.
Daikh, Ahmed Amine;Drai, Ahmed;Houari, Mohamed Sid Ahmed;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.36
no.6
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pp.643-656
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2020
This article presents a comprehensive static analysis of simply supported cross-ply carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) laminated nanobeams under various loading profiles. The nonlocal strain gradient constitutive relation is exploited to present the size-dependence of nano-scale. New higher shear deformation beam theory with hyperbolic function is proposed to satisfy the zero-shear effect at boundaries and parabolic variation through the thickness. Carbon nanotubes (CNTs), as the reinforced elements, are distributed through the beam thickness with different distribution functions, which are, uniform distribution (UD-CNTRC), V- distribution (FG-V CNTRC), O- distribution (FG-O CNTRC) and X- distribution (FG-X CNTRC). The equilibrium equations are derived, and Fourier series function are used to solve the obtained differential equation and get the response of nanobeam under uniform, linear or sinusoidal mechanical loadings. Numerical results are obtained to present influences of CNTs reinforcement patterns, composite laminate structure, nonlocal parameter, length scale parameter, geometric parameters on center deflection ad stresses of CNTRC laminated nanobeams. The proposed model is effective in analysis and design of composite structure ranging from macro-scale to nano-scale.
The buckling analysis of the embedded sinusoidal piezoelectric beam is evaluated using numerical method. The smart beam is subjected to external voltage in the thickness direction. Elastic medium is simulated with two parameters of spring and shear. The structure is modelled by sinusoidal shear deformation theory (SSDT) and utilizing energy method, the final governing equations are derived on the basis of piezo-elasticity theory. In order to obtaining the buckling load, the differential quadrature method (DQM) is used. The obtained results are validated with other published works. The effects of beam length and thickness, elastic medium, boundary condition and external voltage are shown on the buckling load of the structure. Numerical results show that with enhancing the beam length, the buckling load is decreased. In addition, applying negative voltage, improves the buckling load of the smart beam.
This paper presents a mathematical model for fixed-end moments of I-sections with straight haunches for the general case (symmetrical and/or non-symmetrical) subjected to a concentrated load localized anywhere on beam taking into account the bending deformations and shear, which is the novelty of this research. The properties of the cross section of the beam vary along its axis "x", i.e., the flange width "b", the flange thickness "t", the web thickness "e" are constant and the height "d" varies along of the beam, this variation is linear type. The compatibility equations and equilibrium are used to solve such problems, and the deformations anywhere of beam are found by the virtual work principle through exact integrations using the software "Derive" to obtain some results. The traditional model takes into account only bending deformations, and others authors present tables considering the bending deformations and shear, but are restricted. A comparison between the traditional model and the proposed model is made to observe differences, and an example of structural analysis of a continuous highway bridge under live load is resolved. Besides the effectiveness and accuracy of the developed models, a significant advantage is that fixed-end moments are calculated for any cross section of the beam "I" using the mathematical formulas.
Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles
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v.27
no.8
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pp.883-891
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2003
In this study, a change of hand of fabrics dyed with persimmon juice was measured using Kawabata Evaluation System. Using various cotton fabrics, linen fabric and silk fabric used frequently for persimmon juice dyeing, we examined the changes of physical properties and hand according to persimmon juice dyeing and washing. The dynamic characteristics of hand were measured tensile, shear, bending, compression, surface properties, thickness and weight. Linearity of load-extention and tensile resilience were increased in all kinds of fabrics after dyeing. Tensile energy decreased in cotton fabric 2(gauze), cotton fabric 3(muslin) and linen fabric. Shear stiffness and hysteresis of shear increased in most of fabrics. Bending rigidity of the bending property and hysteresis of bending, linearity of compression of the compression property, compression energy and compression resilience increased in all kinds of fabrics after dyeing. Thickness and weight increased much in all kinds of fabrics after dyeing. In the primary hand value, stiffness and anti-drape stiffness increased in all kind of fabrics after dyeing. The fullness and softness, crispness, scrooping feeling and flexibility with soft feeling decreased. As the stiffness after persimmons dyeing increased, it was suitable for clothes material of summer.
A new quasi-3D higher shear deformation theory (quasi-3D HSDT) for functionally graded plates is proposed in this article. The theory considers both shear deformation and thickness-stretching influences by a hyperbolic distribution of all displacements within the thickness, and respects the stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the plate without using any shear correction factor. The highlight of the proposed theory is that it uses undetermined integral terms in displacement field and involves a smaller number of variables and governing equations than the conventional quasi-3D theories, but its solutions compare well with 3D and quasi-3D solutions. Equations of motion are obtained from the Hamilton principle. Analytical solutions for buckling and dynamic problems are deduced for simply supported plates. Numerical results are presented to prove the accuracy of the proposed theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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