Distortional and local buckling are important factors that influences the bearing capacity of steel-concrete composite box-beam. Through theoretical analysis of distortional buckling forms, a stability analysis calculation model of composite box beam considering rotation of steel beam top flange is presented. The critical bending moment calculation formula of distortional buckling is established. In addition, mechanical behaviors of a steel beam web in the negative moment zone subjected separately to bending stress, shear stress and combined stress are investigated. Elastic buckling factors of steel web under different stress conditions are calculated. On the basis of local buckling analysis results, a limiting value for height-to thickness ratio of a steel web in the elastic stage is proposed. Numerical examples are presented to verify the proposed models.
Perforated steel beams can be optimised by increased beam depth and the moment of inertia combined with a reduced web thickness, favouring the use of original I-section beams. The designers are often confronted with situations where optimisation cannot be carried out effectively, taking account of the buckling risk at web posts, moment-shear transfers and local plastic deformations on the transverse holes of the openings. The purpose of this study is to suggest solutions for reducing these failure risks of tested optimal designed beams under applying loads in a self-reacting frame. The design method for the beams is the hunting search optimisation technique, and the design constraints are implemented from BS 5950 provisions. Therefore, I have aimed to explore the strengthening effects of reinforced openings with ring stiffeners, welded vertical simple plates on the web posts and horizontal plates around the openings on the ultimate load carrying capacities of optimally designed perforated steel beams. Test results have shown that compared to lateral stiffeners, ring and vertical stiffeners significantly increase the loadcarrying capacity of perforated steel beams.
Moon, Ji Ho;Yi, Jong Won;Choi, Byung Ho;Lee, Hak Eun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.5
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pp.463-472
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2007
This paper presents theoretical and finite element analysis results for the lateral-torsional buckling of I-girders with corrugated web under uniform bending. Lateral-torsional buckling is a major design aspect for flexural members composed of thin-walled I-section. However, torsional rigidities such as the warping constants of the I-girders with corrugated web are not fully understood yet. In this paper, bending and pure torsional rigidities of I-girders with corrugated web are first described using the results of previous researchers. Then, the location of the shear center and the warping constants are derived. Using the derived section properties of I-girders with corrugated web, the lateral-torsional buckling strength is determined. Finite element analyses are conducted and the proposed lateral-torsional buckling strength of I-girders with corrugated web is successfully verified. Finally, the effects of corrugation profiles of the web on the lateral-torsional buckling load of I-girders with corrugated web are discussed.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.4
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pp.336-342
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2014
Shear strengths of reinforced high strength concrete beams without web reinforcement are studied with experimental analysis of 10 specimen with 2.4 shear span-to-depth ratio (a/d) beams for 4 stages of concrete compressive stength over 60MPa comparing ultimate loads and shear stresses of ACI363R and KCI code equations. Expecially, concrete compressive strengths used in shear design were essentially limited to 10,000 psi (69MPa) by ACI363R and KCI Code. The modified Code equation's shear stresses of the specimen without the limit are compared with test results. The comparison between the modified exist Code equations results and test results are expected to show an available scope to apply in construction field and to give considerations of design and contraction.
The application of fibers in concrete obviously enhances the properties of concrete, also the application of natural fibers in concrete is raising due to the availability, low cost and environmentally friendly. Besides, predicting the mechanical properties of concrete in general and shear strength in particular is highly significant in concrete mixture with fiber nanocomposite reinforced concrete (FRC) in construction projects. Despite numerous studies in shear strength, determining this strength still needs more investigations. In this research, Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) have been employed to determine the strength of reinforced concrete with fiber. 180 empirical data were gathered from reliable literature to develop the methods. Models were developed, validated and their statistical results were compared through the root mean squared error (RMSE), determination coefficient (R2), mean absolute error (MAE) and Pearson correlation coefficient (r). Comparing the RMSE of PSO (0.8859) and ANFIS (0.6047) have emphasized the significant role of structural parameters on the shear strength of concrete, also effective depth, web width, and a clear depth rate are essential parameters in modeling the shear capacity of FRC. Considering the accuracy of our models in determining the shear strength of FRC, the outcomes have shown that the R2 values of PSO (0.7487) was better than ANFIS (2.4048). Thus, in this research, PSO has demonstrated better performance than ANFIS in predicting the shear strength of FRC in case of accuracy and the least error ratio. Thus, PSO could be applied as a proper tool to maximum accuracy predict the shear strength of FRC.
The study presented experimental and numerical investigation on the seismic performance of steel reinforced concrete (SRC) L-shaped column- reinforced concrete (RC) beam joints. Various parameters described as steel configuration form, axial compressive ratio, loading angle, and the existence of slab were examined through 4 planar joints and 7 spatial joints. The characteristics of the load-displacement response included the bearing capacity, ductility, story drift ratio, energy-dissipating capacity, and stiffness degradation were analyzed. The results showed that shear failure and flexural failure in the beam tip were observed for planar joints and spatial joint, respectively. And RC joint with slab failed with the plastic hinge in the slab and bottom of the beam. The results indicated that hysteretic curves of spatial joints with solid-web steel were plumper than those with hollow-web specimens. The capacity of planar joints was higher than that of space joints, while the opposite was true for energy-dissipation capacity and ductility. The high compression ratio contributed to the increase in capacity and initial stiffness of the joint. The elastic and elastic-plastic story deformation capacity of L-shaped column frame joints satisfied the code requirement. A design formula of joint shear resistance based on the superposition theory and equilibrium plasticity truss model was proposed for engineering application.
The postbeam joint connection of the existing steel structure moment flexible frame system did not produce sufficient seismic resistance during the earthquakes in Northridge and Kobe, and it sustained brittle fracturing on the joint connection. This study was performed to execute the high-tensile bolt share connection of H-beams web and the full-scale experiment as a parameter of the existing reinforcement of H-flange rib, by making the shape of the existing joint connection. This experiment was performed to determine the extent of the decrease of the number of high-tensile bolts and how to improve workability of the two-phase shear connection of web beam. In addition, this study was performed to enhance the seismic resistant capacity through the enforcement of rib plates. As a result of the experiment of two-phase shear connection of H-beam web and of joint connection to be reinforced by rib plates, the results of this study showed that the initial stiffness, energy-dissipation capacity, and rotational capacity of plasticity was higher than the existing joint connection. As to the rate of increasing the strength and deformation capacity, there were differences between the tension side and compression side because of the position of shear tap. However, as a whole, they have shown excellent seismic resistant capacity. Also, all the test subjects exceeded 4% (rate of delamination), about 0.029 rad (total plastic capacity), and about 130% (maximum strength of joint connection) of fully plastic moment for the original section. Accordingly, this study was considered as it would be available in the design more than the intermediate-level of moment flexible frame.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.6
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pp.4245-4252
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2015
In this study, an experiment which utilized glass fiber reinforced polymer(GFRP) plank as the permanent formwork of cast-in-place high strength concrete structures was performed. The GFRP plank currently being produced has smooth surface so that it causes problems in behavior with concrete. Therefore, this research analyzed the flexure/shear failure behavior of composite beams, which used GFRP plank as its permanent formwork and has short shear span ratio, by setting the sand coated at GFRP bottom surface, the perforation and interval of the GFRP plank web, and the width of the top flange as the experimental variables. As a result of the experiments for effectiveness of sand attachment in case of not perforated web, approximately 47% higher ultimate load value was obtained when the sand was coated than not coated case and bending/shear failure mode was observed. For effectiveness of perforation and interval of gap, approximately 24% higher maximum load value was seen when interval of the perforation gap was short and the fine aggregate was not coated, and approximately 25% lower value was observed when the perforation gap was not dense on the coated specimen. For effectiveness of top flange breadth, the ultimate load value was approximately 17% higher in case of 40mm than 20mm width.
The previous strut-and-tie models (STMs) to evaluate the shear strength of squat shear walls with aspect ratio less than 2.0 do not consider the axial load transfer of concrete strut and individual shear transfer contribution of horizontal and vertical shear reinforcing bars in the web. To overcome the limitation of the existing models, a simple STM was established based on the crack band theory of concrete fracture mechanics. The equivalent effective width of concrete strut having a stress relief strip was determined from the neutral axis depth and effective factor of concrete strength. The shear transfer mechanism of shear reinforcement at the extended crack band zone was calculated from an internally statically indeterminate truss system. The shear transfer capacity of concrete strut and shear reinforcement was then driven using the energy equilibrium in the stress relief strip and crack band zone. The shear strength predictions of squat shear walls evaluated from the current models are in better agreement with 150 test results than those determined from STMs proposed by Siao and Hwang et al. Furthermore, the proposed STM gives consistent agreement with the observed trend of the shear strength of shear walls against different parameters.
In this paper result of an analytical investigation pertaining to the elastic buckling behavior of orthotropic plate under combined in-plane shear and bending forces is presented. The existing analytical solution developed for the isotropic plates is extended so that the orthotropic material properties can be taken into account in the buckling analysis of web plate. For the solution of the problems Rayleigh-Ritz method is employed. Graphical form of results for finding the elastic buckling strength of orthotropic plate under combined in-plane shear and bending forces is presented. Brief discussion on the design criteria for the shear and bending interaction is also presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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