Steel-concrete-steel composite structures with bidirectional webs (SCSBWs) are used in large-scale projects and exhibit good mechanical performances and constructional efficiency. The shear behaviors of SCSBW deep beam members in key joints or in locations subjected to concentrated forces are of concern in design. To address this issue, experimental program is investigated to examine the deep-beam shear behaviors of SCSBWs, in which the cracking process and force transfer mechanism are revealed. Compared with the previously proposed truss model, it is found that a strut-and-tie model is more suitable for describing the shear mechanism of SCSBW deep beams with a short span and sparse transverse webs. According to the experimental analyses, a new model is proposed to predict the shear capacities of SCSBW deep beams. This model uses strut-and-tie concept and introduces web shear and dowel action to consider the coupled multi mechanisms. A stress decomposition method is used to distinguish the contributions of different shear-transferring paths. Based on case studies, a simplified model is further developed, and the explicit solution is derived for design efficiency. The proposed models are verified using experimental data, which are proven to have good accuracy and efficiency and to be suitable for practical application.
Increase of traffic volume in recent years results in deterioration of the bridge slab, which is directly subjected ot vehicle loads. Where extensive repair is necessary, replacement or enhancement of load carrying capacity using full depth precast concrete deck is often the most practical solution. Precast deck system has transverse joints between adjacent precast decks. Vertical shear forces occur when a vehicle wheel load is carried by precast decks and the joints are used to transfer the load to an adjacent deck. Effective load transfer between precast decks is critical for integral behavior. Finite element analysis and tests were run on the proposed femal-to-female type joint. 18 joint specimens were tested to investigate the effects of angle. D/H, and confining stress under static load. Results indicate joint with angle of 60$^{\circ}$ and D/H of 1/4 shows the improved load carrying capacity on crack. It is effective in protecting the cracking of joints to keep the joint in compression using confining stress.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.7
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pp.1384-1392
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2002
Single fiber pull-out technique has been commonly used to characterize the mechanical behavior of interface in fiber reinforced composite materials. An improved analysis considering the effects of transversely isotropic properties of fiber and the effects of thermal residual stresses in both radial and axial directions along the fiber/matrix interface is developed for the single fiber pull-out test. Although the stress transfer properties across the interface is not much affected by considering the transversely isotropic properties of fiber, interfacial debonding is notably encouraged by the effect. The interfacial shear stress that plays an important role in interfacial debonding is very much affected by the component of axial thermal residual stress in the bonded region, which can induce a two-way debonding mechanism.
Reinforced concrete corbels are generally used to transfer loads within a structural system, such as buildings, bridges, and facilities in general. They commonly present low aspect ratio, requiring an accurate model for shear strength prediction in order to promote flexural behavior. The model described here, originally developed for walls, was adapted for corbels. The model is based on a reinforced concrete panel, described by constitutive laws for concrete and steel and applied in a fixed direction. Equilibrium in the orthogonal direction to the shearing force allows for the estimation of the shear stress versus strain response. The original model yielded conservative results with important scatter, thus various modifications were implemented in order to improve strength predictions: 1) recalibration of the strut (crack) direction, capturing the absence of transverse reinforcement and axial load in most corbels, 2) inclusion of main (boundary) reinforcement in the equilibrium equation, capturing its participation in the mechanism, and 3) decrease in aspect ratio by considering the width of the loading plate in the formulation. To analyze the behavior of the theoretical model, a database of 109 specimens available in the literature was collected. The model yielded an average model-to-test shear strength ratio of 0.98 and a coefficient of variation of 0.16, showing also that most test variables are well captured with the model, and providing better results than the original model. The model strength prediction is compared with other models in the literature, resulting in one of the most accurate estimates.
Molecular dynamics simulation and the Mori-Tanaka micromechanics study are performed to investigate the effect of the covalent grafting between CNT and polyester on the mechanical behavior and load transfer of nanocomposites. The transversely isotropic stress-strain curves are determined through the tension and shear simulations according to the covalent grafting. Also, isotropic properties of randomly dispersed nanocomposites are obtained by orientation averaging the transversely isotropic stiffness matrix. By addressing the grafting, the transverse Young's modulus and shear moduli of the nanocomposites are improved, while the longitudinal Young's modulus decreases due to the degradation of the grafted CNT.
We have intensively examined the structure of photospheric magnetic fields obtained from the calculation of the polarized radiation transfer for the model atmosphere. To determine more reliable magnetic field in the photospheric region composed of umbra, penumbra and quite area, we have calculated the polarized radiative transfer for a magnetically sensitive spectral line, FeI $6302.5{\AA}$, using our composite model representing three kinds of the atmospheric area distinguished by the pixel value of the Stokes I image over the region. Polarization data of the full Stokes parameters, used in this paper had been obtained from the vector magnetograph on Solar Flare Telescope of National Astronomical Observatory at Mitaka(MTK) in Japan. According to our investigation on the active region in the photosphere, it has been found that the large current density(${\geq}8{\times}10^2A/km^2$) and shear angle(${\geq}85^{\circ}$) should be distributed along the magnetic neutral line. To be compared with the results of MTK, our results in transverse magnetic field strength and direction are similar with those of MTK, however our longitudinal field strength at the center of the spot is somewhat(${\sim}1000$ Gauss) larger than MTK.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.6
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pp.175-182
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2006
In the design of composite structures, shear connectors such as headed stud, channel, perforated plate, etc, are commonly used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. Many researches have been conducted to improve the characteristics of different types of shear connector. This paper presents the results of 11 push-out tests performed on the new perforated rib connectors with shearing bars embedded in concrete slab under static loads. The results obtained from these tests are as following : 1) The bearing plate welded on both sides of perforated rib plate improves the stiffness and strength. 2) The capacity of perforated connectors is influenced primarily by the transverse reinforcements and shearing bars.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1D
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pp.49-54
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2009
The excellent load transfer at transverse joints ensures the high performance of jointed plane concrete pavements(JPCP). Load transfer efficiency(LTE) is affected by dowel-bars, aggregate interlock and types of underlying layers, and these factors have to be modelled adequately for a reasonable analysis of JPCP. Generally, the joint stiffness has been represented by a spring model for the shear transfer by aggregate interlock or dowels. However dowel-bars, aggregate interlock and types of underlying layers have not been considered together in the design of joints. In this study, the joint stiffness that considered those factors was presented by comparing LTE obtained using FWD(Falling Weight Deflectometer) with theoretical results obtained using the finite element analysis. In addition, the effects of temperature and concrete age, on the joint stiffness were investigated.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.106-112
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2017
This paper presents a mathematical model derived from the upper-bound theorem of concrete plasticity to rationally evaluate the shear friction strength of concrete interfaces with a construction joint. The upper limit of the shear friction strength was formulated from the limit state of concrete crushing failure on the strut-and-tie action along the construction joints to avoid overestimating the shear transfer capacity of a transverse reinforcement with a high clamping force. The present model approach proposed that the cohesion and coefficient of friction of concrete can be set to be $0.27(f_{ck})^{0.65}$ and 0.95, respectively, for rough construction joints and $0.11(f_{ck})^{0.65}$ and 0.64, respectively, for smooth ones, where $f_{ck}$ is the compressive strength of concrete. From the comparisons with 155 data compiled from the available literature, the proposed model gave lower values of standard deviation and coefficient of variation of the ratios between predictions and experiments than AASHTO and fib 2010 equations, indicating that the proposed model has consistent trends with test results, unlike the significant underestimation results of such code equations in evaluating the shear friction strength.
In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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