International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.161-169
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2017
Flat slab systems are vastly used in multi-story buildings because of their savings in story height and construction time, as well as for their flexibility in architectural remodeling. However, they frequently suffer brittle punching-shear failure around columns, especially when subjected to lateral loads. Therefore, seismic codes labeled flat slabs as non-ductile systems. This research goal is investigating some construction alternatives to enhance flat slab ductility and deformability. The alternatives are: adding different types of punching-shear reinforcement, using discreet fibers in concrete mixes, and increasing thickness of slab around columns. The experimental study included preparation and testing of seven half-scale interior slab-column connections up to failure. The first specimen is considered a reference, the second two specimens made of concrete mixes with different volumetric ratios of polymer fibers. Another three specimens reinforced with different types of punching-shear reinforcement, and the last specimen constructed with drop panel of inverted pyramidal shape. It is found that using the inverted pyramid-shape drop panel of specimen, increases the punching-shear capacity, and the initial and the post-cracking stiffnesses. The initial elastic stiffnesses are different for all specimens especially for the slab with closed stirrups where it is experienced the highest initial stiffness compared to the reference slab.
Weld bead quality in tailored blank(TB) is critically affected by edge preparation of sheets. The edge quality of prepared sheets for TB can be classified into straightness and the cross section quality of sheared plane such as a ratio of shear face, shear plane angle, etc. In order to have a good edg quality for butt-welding sheets, precision shearing will be recommended. In this paper, the feasibility of a conventional mechanical shearing as the edge preparation for tailored blanks is studyied. It reveals that fine shearing may not be the unique solution as it is generally accepted. To obtain the good shearing condition with a conventional mechanical shearing, experiments were carried out using Tahuchi method. The major parameters affecting a sheared contour are the clearance between upper blade and lower blade, and shear angle. The optimal shearing condition yields a very good straightness along the entire length of the cut, which gives a butt joint gap less than 10% of the base material thickness. The good cross section of sheared plane is also achieved in the optimal shearing condition such as a ratio of the shear face above 65%, a cross section's shear plane angle above 85%, little burr, which is providing finally good weld beads.
Barkhori, Moien;Maleki, Shervin;Mirtaheri, Masoud;Nazeryan, Meissam;Kolbadi, S.Mahdi S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.3
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pp.445-455
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2020
Shear lag phenomenon has long been taken into consideration in various structural codes; however, the AISC provisions have not proposed any specific equation to calculate the shear lag ratio in some cases such as fillet-welded connections of front-to-front double channel sections. Moreover, those equations and formulas proposed by structural codes are based on the studies that were conducted on riveted and bolted connections, and can be applied to single channel sections whilst using them for fillet-welded double channels would be extremely conservative due to the symmetrical shape and the fact that bending moments will not develop in the gusset plate, resulting in less stress concentration. Numerical models are used in the present study to focus on parametric investigation of the shear lag effect on fillet-welded tension connection of double channel section to a gusset plate. The connection length, the eccentricity of axial load, the free length and the thickness of gusset plate are considered as the key factors in this study. The results are then compared to the estimates driven from the AISC-LRFD provisions and alternative equations are proposed.
On the basis of nonlocal strain gradient theory, considering the material properties of porous FGM changing with thickness and the influence of moment of inertia, the wave equation of FG nano circular plate is derived by using the first-order shear deformation plate theory, by introducing dimensionless parameters, we transform the equations into dimensionless wave equations, and the dispersion relations of bending wave, shear wave and longitudinal wave are obtained by Laplace and Hankel integral transformation method. The influence of nonlocal parameter, porosity volume fraction, strain gradient parameters and power law index on the propagation characteristics of bending wave, shear wave and longitudinal wave in FG nano circular plate.
Reinforced concrete flat plates consist of slabs supported directly on columns. The absence of beams makes these systems attractive due to advantages such as economical formwork, shorter construction time, less total building height with more clear space and architectural flexibility. Punching shear failure is usually the governing failure mode of flat plate structures. Punching failure is brittle in nature which induces more vulnerability to this type of structure. To analyze the flat plate behavior under punching shear, twelve finite element models of flat plate on a column with different parameters have been developed and verified with experimental results. The maximum range of variation of punching stress, obtained numerically, is within 10% of the experimental results. Additional finite element models have been developed to analyze the influence of integrity reinforcement, clear cover and column reinforcement. Variation of clear cover influences the punching capacity of flat plate. Proposed finite element model can be a substitute to mechanical model to understand the influence of clear cover. Variation of slab thickness along with column reinforcement has noteworthy impact on punching capacity. From the study it has been noted that integrity reinforcement can increase the punching capacity as much as 19 percent in terms of force and 101 percent in terms of deformation.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.36
no.4
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pp.123-133
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2020
The purpose of this study is to analyze the method of retrofitting flexural strength and the flexural performance of retrofitted shear walls. There are various ways to reinforce the flexural strength of reinforced concrete shear wall structural systems that have already been built, in the case of that, the external force is increased, and the internal force is insufficient. However, there are various problems, such as excessive flexural stiffness after reinforcement and increasing the thickness and length of the wall. We have developed a retrofit method to solve these problems. The wall end is excavated to place the required vertical rebars, and concrete is poured after placing rebars. This is the same concept as creating wall end boundary elements later on. We also studied the anchorage method of reinforcement and the interaction method between the retrofitting end and the existing wall. The flexural test results for the reinforced concrete shear wall using the studied retrofit method can be predicted according to the sectional analysis and FEM analysis, and there are differences in the plastic hinge length, crack propagation, stiffness degradation and energy dissipation due to the bending depending on the vertical rebar ratio of wall end.
There is not enough mixed finite element method (MFEM) model developed for static and dynamic analysis of functionally graded material (FGM) beams in the literature. The main purpose of this study is to develop a reliable and efficient computational modeling using an efficient functional in MFEM for free vibration and static analysis of FGM composite beams subject to high order shear deformation effects. The modeling of material properties was performed using mixture rule and Mori-Tanaka scheme which are more realistic determination techniques. This method based on the assumption that a two phase composite material consisting of matrix reinforced by spherical particles, randomly distributed in the beam. To explain the displacement components of the shear deformation effects, it was accepted that the shear deformation effects change sinusoidal. Partial differential field equations were obtained with the help of variational methods and then these equations were transformed into a novel functional for FGM beams with the help of Gateaux differential derivative operator. Thanks to the Gateaux differential method, the compatibility of the field equations was checked, and the field equations and boundary conditions were reflected to the function. A MFEM model was developed with a total of 10 degrees of freedom to apply the obtained functional. In the numerical applications section, free vibration and flexure problems solutions of FGM composite beams were compared with those predicted by other theories to show the effects of shear deformation, thickness changing and boundary conditions.
Piercing is the process of shearing a circular hole in sheet metal, whose high shear force makes it difficult to secure the durability of tools. In addition, uneven clearance between tools due to poor alignment of the piercing punch causes accelerated die wear and breakage of the tool. This study reviewed the feasibility of in-situ determining alignment failure during the piercing process by analyzing the signal deviation of a bolt-type piezo sensor installed inside the tool whose alignment level was controlled. Finite element analysis was performed to select the optimal sensor location on the piercing tool for sensitive detection of process signals. A well-aligned piercing process results in uniform deformation in the circumferential direction, and shearing is completed at a stroke similar to the sheet thickness. Afterward, a sharp decrease in shear load is observed. The misaligned piecing punch leads to a gradual decrease in the load after the maximum shear load. This gradual decrease is due to the progressive shear deformation that proceeds in the circumferential direction after the initial crack occurs at the narrow clearance site. Therefore, analyzing the stroke at which the maximum shear load occurs and the load reduction rate after that could detect the misalignment of the piercing punch in real-time.
Kim, Hyun-Min;Choi, Chang-Sik;Choi, Youn-Cheul;Lee, Li-Hyung
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.4
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pp.51-61
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2007
A series of three shear wall specimens were tested under constant axial stress and reversed cyclic lateral loading to evaluate the capacity of seismic retrofit proposed for the shear wall with the opening induced by remodeling. One specimen was tested in the as-built condition and the others were retrofitted prior to testing. The retrofit involved the use of carbon fiber sheets and steel plates (thickness ; 3mm) over the entire face of the wall. Specimens were 1/2-scale representations of a one-story wall in a Korean apartment building that was built in 1980. The test results showed that failure mechanism of specimens governed by shear fracture and the strength of specimens was varied with according to the retrofitting strategies.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.48-54
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2022
This research describes a quantitative procedure used to estimate the effect of concrete cracking on stiffness degradation of concrete shear walls and provides analytical references for the seismic design of concrete shear walls. As preliminary research on the seismic response of concrete shear walls, nonlinear transient analysis was performed with commercial FE software. The study presents the nonlinear time history analysis results in terms of concrete damage and cracking behavior induced by seismic input motions. By varying the input motions, concrete strength and shear wall thickness, the seismic responses of a shear wall were examined with nonlinear time history analysis, and the progressive cracking behavior and corresponding hysteresis loop were described. Based on the analysis results, frequency and stiffness degradation of the shear wall from progressive concrete damage and cracking were captured with respect to the seismic levels. The results of this study suggest that stiffness degradation from concrete cracking should be appropriately considered when determining the seismic capacity of RC shear wall structures.
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