As the key part in the reinforced concrete column-steel beam (RCS) frame, the beam-column joints are usually subjected the axial force, shear force and bending moment under seismic actions. With the aim to study the seismic behavior of RCS joints with and without RC slab, the quasi-static cyclic tests results, including hysteretic curves, slab crack development, failure mode, strain distributions, etc. were discussed in detail. It is shown that the composite action between steel beam and RC slab can significantly enhance the initial stiffness and loading capacity, but lead to a changing of the failure mode from beam flexural failure to the joint shear failure. Based on the analysis of shear failure mechanism, the calculation formula accounting for the influence of RC slab was proposed to estimate shear strength of RCS joint. In addition, the finite element model (FEM) was developed by ABAQUS and a series of parametric analysis model with RC slab was conducted to investigate the influence of the face plates thickness, slab reinforcement diameter, beam web strength and inner concrete strength on the shear strength of joints. Finally, the proposed formula in this paper is verified by the experiment and FEM parametric analysis results.
Headed studs welded to steel beams and embedded within the concrete of deck slabs are vital components of modern composite floor systems, where safety and economy depend on the accurate predictions of the stud shear resistance. The multitude of existing deck profiles and the complex behavior of studs in deck slab ribs makes developing accurate and reliable mechanical or empirical design models challenging. The paper addresses this issue by presenting a machine learning (ML) model developed from the natural gradient boosting (NGBoost) algorithm capable of producing probabilistic predictions and a database of 464 push-out tests, which is considerably larger than the databases used for developing existing design models. The proposed model outperforms models based on other ML algorithms and existing descriptive equations, including those in EC4 and AISC 360, while offering probabilistic predictions unavailable from other models and producing higher shear resistances for many cases. The present study also showed that the stud shear resistance is insensitive to the concrete elastic modulus, stud welding type, location of slab reinforcement, and other parameters considered important by existing models. The NGBoost model was interpreted by evaluating the feature importance and dependence determined with the SHapley Additive exPlanations (SHAP) method. The model was calibrated via reliability analyses in accordance with the Eurocodes to ensure that its predictions meet the required reliability level and facilitate its use in design. An interactive open-source web application was created and deployed to the cloud to allow for convenient and rapid stud shear resistance predictions with the developed model.
The seismic performance of the ordinary steel reinforced concrete (SRC) columns has no significant improvement compared to the reinforced concrete (RC) columns mainly because I, H or core cross-shaped steel cannot provide sufficient confinement for core concrete. Two improved SRC columns by constructing with new-type shaped steel were put forward on this background, and they were named as enlarging cross-shaped steel and diagonal cross-shaped steel for short. The seismic behavior and carrying capacity of new-type SRC columns have been researched theoretically and experimentally, while the shear behavior remains unclear when the new-type columns are joined onto SRC beams. This paper presents an experimental study to investigate the shear capacity of new-type SRC joints. For this purpose, four new-type and one ordinary SRC joints under low reversed cyclic loading were tested, and the failure patterns, load-displacement hysteretic curves, joint shear deformation and steel strain were also observed. The ultimate shear force of joint specimens was calculated according to the beam-end counterforce, and effects of steel shape, load angel and structural measures on shear capacity of joints were analyzed. The test results indicate that: (1) the new-type SRC joints display shear failure pattern and has higher shear capacity than the ordinary one; (2) the oblique specimens have good bearing capacity if designed reasonably; and (3) the two proposed construction measures have little effect on the shear capacity of SRC joints embedded with diagonal cross-shaped steel. Based on the mechanism observed from the test, the formulas for calculating ultimate shear capacity considering the main factors (steel web, stirrup and axial compression ratio) were derived, and the calculated results agreed well with the experimental and simulated data.
This paper proposes a modified bar simulation method for analyzing the shear lag effect of variable sectional box girder with multiple cells. This theoretical method formulates the equivalent area of stiffening bars and the allocation proportion of shear flows in webs, and re-derives the governing differential equations of bar simulation method. The feasibility of the proposed method is verified by the model test and finite element (FE) analysis of a simply supported multi-cell box girder with constant depth. Subsequently, parametric analysis is conducted to explore the mechanism of shear lag effect of varied sectional cantilever box girder with multiple cells. Results show that the shear lag behavior of variable box-section cantilever box girder is weaker than that of box girder with constant section. It is recommended to make the gradient of shear flow in the web with respect to span length vary as smoothly as possible for eliminating the shear lag effect of box girder. An effective countermeasure for diminishing shear lag effect is to increase the number of box chambers or change the variation manner of bridge depth. The shear lag effect of varied sectional cantilever box girder will get more server when the length of central flanges is shorter than 0.26 or longer than 0.36 times of total width of top flange, as well as the cantilever length exceeds 0.29 times of total length of box's flange. Therefore, the distance between central webs can adjust the shear lag effect of box girder. Especially, the width ratio of cantilever plate with respect to total length of top flange is proposed to be no more 1/3.
A theoretical research project is undertaken to develop integrated analysis and design tools for long span composite beams in modern high-rise buildings, and it aims to develop non-linear finite element models for practical design of composite beams. As the first paper in the series, this paper presents the development study as well as the calibration exercise of the proposed finite element models for simply supported composite beams. Other practical issues such as continuous composite beams, the provision of web openings for passage of building services, the partial continuity offered by the connections to columns as well as the behaviour of both unprotected and protected composite beams under fires will be reported separately. In this paper, details of the finite elements and the material models for both steel and reinforced concrete are first described, and finite element studies of composite beams with full details of test data are then presented. It should be noted that in the proposed finite element models, both steel beams and concrete slabs are modelled with two dimensional plane stress elements whose widths are assigned to be equal to the widths of concrete flanges, and the flange widths and the web thicknesses of steel beams as appropriate. Moreover, each shear connector is modelled with one horizontal spring and one vertical spring to simulate its longitudinal shear and pull-out actions based on measured load-slippage curves of push-out tests of shear connectors. The numerical results are then carefully analyzed and compared with the corresponding test results in terms of load mid-span deflection curves as well as load end-slippage curves. Other deformation characteristics of the composite beams such as stress and strain distributions across the composite cross-sections as well as distributions of shear forces and slippages in shear connectors along the beam spans are also examined in details. It is shown that the numerical results of the composite beams compare well with the test data in terms of various load-deformation characteristics along the entire deformation ranges. Hence, the proposed analysis and design tools are considered to be simple and yet effective for composite beams with practical geometrical dimensions and arrangements. Structural engineers are strongly encouraged to employ the models in their practical work to exploit the full advantages offered by composite construction.
The underlying advantages of using thin-walled corrugatedwebs instead of plate girders with stiffeners are the elimination of instability problems associated with buckling of the thin-walled flat plate, and elimination of the need for transverse stiffeners, which alsoresults in economic advantages. This paper focuses on two aspects related to the structural design technique forsinusoidal corrugated web steel beams, and the optimum design of the beams using real-value genetic algorithms. The structural design process and design variables used in this optimization werecomposed with EN 1993-1-5, DASt-R015 standard and Pasternak et al. (2004), and the valid design capacity of shear buckling of the standards were compared. For the optimum structural design, the objective function, presented as the fullweight of the sinusoidal corrugated web beams, and the slenderness, member forces, and maximum deflection of the beam, were considered constraints. Finally, the simple beam under the uniform load was adopted as a numerical example, and the effective probability parameters of the genetic operators were considered to find the global minimum point.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.11
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pp.7244-7249
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2015
In this study, in order to asses the structural performance of trapezoidal PSC girder using a socket joint system and it is possible to calculate the optimized cross-section of the web element tests were carried out for each specimens. we conducted a socket joint performance test, web bending and shear performance tests and all tests were performed at 4 point loading method. The initial crack load of socket joint specimen was significantly lower than the reference specimen but post peak behavior was no significant differences. And the length of the loop joint of the reinforcing bars had no significant effect on the maximum load. As a web shear tests, to obtain a maximum load of the specimen has a prestressing rod reinforced at tension side. As a web flexural tests, to obtain higher diagonal cracking load in specimen of reinforced using prestressing rod than reference specimen.
In this study, breathable waterproof materials were prepared by electrospinning. Five kinds of electrospun nanofiber web layered systems with different levels of nanofiber web density, as well as different substrates and layer structures were fabricated, and their mechanical properties (tensile, bending, shear, compression, surface, and thickness & weight) were measured by the KES-FB system and compared with those of conventional breathable waterproof fabrics (densely woven fabric, PTFE laminated fabric and PU coated fabric). The KES-FB measurements demonstrate that the lab-scale nanofiber web layered systems are more flexible and fuller than commercial nanofiber web layered systems, which have a more compact structure than the lab-scale nanofiber web layered systems. Densely woven fabrics and lab-scale nanofiber web layered systems showed lower values of tensile linearity (LT), bending stiffness (B), and shear stiffness (G) than those of PU coated and PTFE laminated fabric. These results indicate that they are more flexible and have less resistance to the shearing movement, corresponding to a more pliable material having a better drape, than PU coated fabrics and PTFE laminated fabrics.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.839-842
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2008
The ACI 318-05 code requires the maximum amount of shear reinforcement in reinforced concrete (RC) beams to prevent possible sudden shear failure due to over reinforcement. The design equations of the maximum amount of shear reinforcement provided by the current four design codes, ACI 318-05, CSA-04, EC2-02, and JCI-99, differ substantially from one another. The ACI 318-05, CSA-04, and EC2-02 codes provide an expression for the maximum amount of shear reinforcement ratio as a function of the concrete compressive strength, but Japanese code does not take into account the influence of the concrete compressive strength. For high strength concrete, the maximum amount of shear reinforcement calculated by the EC2-02 and CSA-04 is much greater than that calculated by the ACI 318-05. This paper presents the effects of shear reinforcement ratio and compressive strength of concrete on the maximum shear reinforcement in reinforced concrete beams. Ten RC beams having various shear reinforcement ratio were tested. Although the test beams were designed to have much more amount of shear reinforcement than that required in the ACI 318-05 code, all beams failed due to web concrete crushing after the stirrups reached the yield strain.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.1
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pp.126-133
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2017
This paper presents the shear capacities of hollow slab with plate and octagonal pillar type hollow sphere. Recently, the interest in precast hollow slab system for buildings is growing up according to the demand for high quality control and the increase in slab thickness. A hollow slab system is widely known as one of the effective slab system which can reduce self-weight of slab. However, hollow slabs are vulnerable to the deterioration in the shear strength due to the decrease of concrete at slab web which resists shear. Especially, in case of precast hollow slabs, it has joint surface between precast concrete slab modules along transverse axis of slab, and shear failure, that is caused by cracks at joints, has to be prevented. Therefore, in this study, shear capacity of the I-slab system is evaluated by 3-points-supported shear test along the longitudinal and transverse axis of slab specimen. Test results showed that I-slab had enough shear strength compared to theoretical shear strength even if it included the joint surfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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