In this paper, buckling analysis of hybrid functionally graded plates using a novel four variable refined plate theory is presented. In this theory the distribution of transverse shear deformation is parabolic across the thickness of the plate by satisfying the surface conditions. Therefore, it is unnecessary to use a shear correction factor. The variations of properties of the plate through the thickness are according to a symmetric sigmoid law (symmetric S-FGM). The principle virtual works is used herein to extract equilibrium equations. The analytical solution is determined using the Navier method for a simply supported rectangular plate subjected to axial forces. The precision of this theory is verified by comparing it with the various solutions available in the literature.
A theoretical method to predict the interfacial stresses in the adhesive layer of reinforced concrete beams strengthened with porous FRP plate is presented in this paper. The effect due to porosity is incorporated utilizing a new modified rule of mixture covering the porosity phases. The adherend shear deformations have been included in the present theoretical analyses by assuming a linear shear stress through the thickness of the adherends. Remarkable effect of the porosity has been noted in the results. Indeed, the resulting interfacial stresses concentrations are considerably smaller than those obtained by other models which neglect the porosity effect. It was found that the interfacial stresses are highly concentrated at the end of the FRP plate, the minimization of the latter can be achieved by using porous FRP plate in particular at the end. It is also shown that the interfacial stresses of the RC beam increase with volume fraction of fibers, but decrease with the thickness of the adhesive layer.
A dynamic analytical solution for a simply supported, rectangular functionally graded plate with a porous middle layer under time-dependent load based on a refined third-order shear deformation theory with a cubic variation of in-plane displacements according to the thickness and linear/quadratic transverse displacement is presented. The solution achieved in the trigonometric series form and rests on the Green's function method. Two porosity types and their influence on material properties, and mechanical behavior are considered. The network of pores is assumed to be empty or filled with low-pressure air, and the material properties are calculated using the power-law distribution idealization. Numerical calculations have been carried out to demonstrate the accuracy of the kinematic model for the dynamic problem, the effect of porosity, thickness of porous layers, power-law index, and type of loading on the dynamic response of an imperfect functionally graded material plate.
Messai, Abderraouf;Fortas, Lahcene;Merzouki, Tarek;Houari, Mohammed Sid Ahmed
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.4
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pp.461-479
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2022
A finite element method analysis framework is introduced for the free vibration analyses of functionally graded porous beam structures by employing two variables trigonometric shear deformation theory. Both Young's modulus and material density of the FGP beam element are simultaneously considered as grading through the thickness of the beam. The finite element approach is developed using a nonlocal strain gradient theory. The governing equations derived here are solved introducing a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study is carried out, with a particular focus on the effects of various structural parameters such as the dispersion patterns of GPL reinforcements and porosity, thickness ratio, boundary conditions, nonlocal scale parameter and strain gradient parameters. The results indicate that porosity distribution and GPL pattern have significant effects on the response of the nanocomposite beams.
The purpose of this study is to experimentally investigate the shear behavior of reinforced concrete beams embedded with GFRP (glass fiber reinforced polymer) plate with openings. In this study, the parameters include the shape of reinforcement, reinforcement area, and thickness and width of reinforcements. The test was performed on 9 specimens with shear spanto-depth ratio of 2.8. When the reinforcement area was varied, the GFRP plate showed 3.6 times greater shear strength than steel stirrup. The test result showed that shear strength increased as reinforcement area increased. Also, when the shape of a parallelogram GFRP plate was used, it showed higher shear strength than that with rectangular shape. Effect of thickness and width of reinforcement showed that shear capacity increased as width increased. For a comparison study, a calculation of the shear strength of reinforced beams with GFRP plate based on the ACI 318M-08 was compared with the test results. The test results were compared with the maximum shear reinforcement areas required by ACI 318M-08, CSA-04, and EC2-02 provision.
Grouting has been practiced as a reliable technique to improve the mechanical properties of rock mass. But, the study of ground improvement by greeting is rare especially in jointed rock mass. In this study, joint compression test and direct shear test were performed on pure rock joint and cement milk grouted rock joint to examine the grouting effect on the property of rock joint. In the pure rock joint compression test, joint closure varied non-linearly with normal stress. But after cement milk grouting, the normal deformation characteristics of the joint was linear at the low normal stress level. As normal stress increased. deformation of the sample rapidly increased due to the stress concentration at the joint asperities. Peak shear strength of the grouted joint in low normal stress was higher than that of non-grouted joint due to the cohesion, decreased exponetially as the grout thickness increased. Thus after cement milk grouting, the failure envelope modified to a curve that has cohesion due to grout material hydration with decreased friction angle. Shear stiffness and peak dilation angle of the grouted joint decreased as the grout thickness increased. The peak shear strength from the direct shear test on grouted rock joint was represented by an empirical equation as a fuction of grout thickness and roughness mean amplitude.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.1
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pp.93-101
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2010
When doing underground excavation works for the purpose of constructing large underground structures for a building in the limited space in downtown area, the stability of the adjacent ground must be top priority, and to accomplish this, it is essential to review the retaining wall construction carefully. H-Pile, which has been mainly used as a stress-carrying material in temporary earth-retaining structures, is most likely to be abandoned after completion of the works for the basement exterior wall in relation to contiguous bored piles, so it will result in a waste of material. To improve this situation, Basement Composite Wall where H-Pile and basement wall are compounded, has been developed. This wall is being used most frequently in many local construction sites. In this study, five specimens are made in order to evaluate the shear resistance of the basement composite wall and tested. Test parameter is the composition ratio and wall thickness according to shear connectors. Test result shows that the shear strength is improved when the composite ratio is increased but the magnitude is not much. A formula, which considers the contribution of concrete, web of H-pile as well as flange' effect in calculation of shear strength of composite basement wall, is suggested and used to calculation of the strength of specimens. It is found that there is a good co-relation between test result and the calculated one by the formula.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.3
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pp.1-9
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2010
In this paper, we used various shear deformation functions for modelling isotropic, symmetric composite and sandwich plates discretized by a mixed finite element method based on the Lagrangian/Hermite interpolation functions. These shear deformation theories uses polynomial, trigonometric, hyperbolic and exponential functions through the thickness direction, allowing for zero transverse shear stresses at the top and bottom surfaces of the plate. All shear deformation functions are compared with other available analytical/3D elasticity solutions, are predicted the reasonable accuracy for investigated problems. Particularly, The present results show that the use of exponential shear deformation theory (Karama et al. 2003; Aydogu 2009) provides very good solutions for composite and sandwich plates.
Yun, Hyun Do;Park, Wan Shin;Han, Min Ki;Kim, Sun Woo;Kim, Yong Chul;Hwang, Sun Kyung
Architectural research
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v.7
no.1
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pp.27-38
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2005
No specific guidelines are available for computing the bearing strength of connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall in a hybrid wall system. There were carried out analytical and experimental studies on connection between steel coupling beam and concrete shear wall in a hybrid wall system. The bearing stress at failure in the concrete below the embedded steel coupling beam section is related to the concrete compressive strength and the ratio of the width of the embedded steel coupling beam section to the thickness of the shear walls. Experiments were carried out to determine the factors influencing the bearing strength of the connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall. The test variables included the reinforcement details that confer a ductile behavior in connection between steel coupling beam and shear wall, i.e., the auxiliary stud bolts attached to the steel beam flanges and the transverse ties at the top and the bottom steel beam flanges. In addition, additional test were conducted to verify the strength equations of the connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall. The proposed equations in this study were in good agreement with both our test results and other test data from the literature.
Bouremana, Mohammed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Kaci, Abdelhakim;Bedia, El Abbas Adda
Steel and Composite Structures
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v.15
no.5
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pp.467-479
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2013
In this paper, a new first-order shear deformation beam theory based on neutral surface position is developed for bending and free vibration analysis of functionally graded beams. The proposed theory is based on assumption that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components, in which the bending components do not contribute toward shear forces and, likewise, the shear components do not contribute toward bending moments. The neutral surface position for a functionally graded beam which its material properties vary in the thickness direction is determined. Based on the present new first-order shear deformation beam theory and the neutral surface concept together with Hamilton's principle, the motion equations are derived. To examine accuracy of the present formulation, several comparison studies are investigated. Furthermore, the effects of different parameters of the beam on the bending and free vibration responses of functionally graded beam are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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