In building structure, the story height can be minimized by providing openings in beams which serves for the utility equipments passing through. The dead space in false ceiling thus put to economical use in the form of a substantial reduction in materials and construction cost. In the case of steel structure, there is no critical risk in the structural strength because of reinforcing methods of stiffness and steel plate but in the case of reinforced concrete structure, proper provision should be made in designing these openings, otherwise there is a risk that these opening will possibly weaken the structural strength of the building frame to a critical degree. In this paper, for the numerical analysis of the reinforced concrete beams with circular opening in the web, expecting stress concentration of the circular opening, reinforcing methods were studied. Twenty test pieces with each different reinforcing methods were tested and their resisting forces were defined. From the numerical analysis and test results, the followings were founded;(1)high shear stress distributed around the openings reduce the shearing strength, (2)from the numerical analysis, the maximum tensile stress occurred at opening nodes 1,7, these phenomena were agreed with the test results, (3)reinforcing method around openings have to carried out for stopping diagonal cracks, and (4)both, by steel plate, and wire mesh, are effective reinforcing methods.
To simplify the design and reduce the construction cost of traditional multi-girder structural systems, twin I-girder structures are widely used in many countries in recent years. Due to the concern on post-fracture redundancy, however, twin girder bridges are currently classified as fracture critical structures in AASHTO specifications for highway bridges. To investigate the after-fracture behavior of such structures, a composite steel and concrete twin girder specimen was built and an artificial fracture through the web and the bottom flange was created on one main girder. The static loading test was performed to investigate its mechanical performance after a severe fracture occurred on the main girder. Applied load and vertical displacement curves, and the applied load versus strain relationships at key sections were measured. To investigate the load distribution and transfer capacities between two steel girders, the normal strain development on crossbeams was also measured during the loading test. In addition, both shear and normal strains of studs were also measured in the loading test to explore the behavior of shear connectors in such bridges. The functions and structural performance of structural members and possible load transfer paths after main girder fractures in such bridges were also discussed. The test results indicate in this study that a typical twin I-girder can resist a general fracture on one of its two main girders. The presented results can provide references for post-fracture performance and optimization for the design of twin I-girder bridges and similar structures.
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.
Twelve reinforced concrete continuous deep beams having web openings within interior shear spans were tested to failure. All beams tested had the same geometrical dimensions. The main variables investigated were the opening size and amount of inclined reinforcement around openings. An effective inclined reinforcement factor combining the influence of the opening size and amount of inclined reinforcement on the structural behavior of the beams tested is proposed. It was observed that the load distribution, diagonal crack width, and load capacity of beams tested were greatly dependent on the effective inclined reinforcement factor which ranged from 0 to 0.171 for the test specimens. The higher this factor, the smaller the diagonal crack width and its development rate. A higher load capacity also developed in beams having effective inclined reinforcement factor above 0.077 than in the corresponding solid deep beams. A numerical technique based on the upper bound analysis of the plasticity theory is proposed to evaluate the load capacity of continuous deep beams having openings within interior shear spans. Predictions obtained from the proposed formulas are in good agreement with test results.
To investigate the influence of cross section geometries on the behavior of composite beams in the case of small span to depth ratio and deep beams. the static flexural behavior of composite I-beams and Box- beams was evaluated. 12 types of composite I -beams composed of LVL flanges and particleboard or plywood web and 3 types of composite Box-beams composed of LVL flanges and plywood web were tested under one-point loading. The load-deflection curves were almost linear to failure, therefore, the behavior of tested composite beams was elastic. The theoretical flexural rigidity of composite beams was calculated and compared with observed flexural rigidity. The highest value was found in I-W type beams and the lowest value was found in G-P type beams. The difference between theoretical and observed flexural rigidity was small. Theoretical total deflection of tested composite beams was calculated using flexural rigidity and compared with actual deflection. Shear deflection of these beams was evaluated by the approximation method, solid crosss section method and elementary method. The difference between actual deflection and expected deflection was not found in D, E and F type beams. This defference was small in G, H and I type beams or Box-beam.
The paper begins by presenting a unified variational approach to the lateral-torsional buckling (LTB) analysis of doubly symmetric prismatic and tapered thin-walled beams with open cross-sections, which accounts for the influence of the pre-buckling deflections. This approach (i) extends the kinematical assumptions usually adopted for prismatic beams, (ii) consistently uses shell membrane theory in general coordinates and (iii) adopts Trefftz's criterion to perform the bifurcation analysis. The proposed formulation is then applied to investigate the influence of the pre-buckling deflections on the LTB behaviour of prismatic and web-tapered I-section simply supported beams and cantilevers. After establishing an interesting analytical result, valid for prismatic members with shear centre loading, several elastic critical moments/loads are presented, discussed and, when possible, also compared with values reported in the literature. These numerical results, which are obtained by means of the Rayleigh-Ritz method, (i) highlight the qualitative differences existing between the LTB behaviours of simply supported beams and cantilevers and (ii) illustrate how the influence of the pre-buckling deflections on LTB is affected by a number of factors, namely ($ii_1$) the minor-to-major inertia ratio, ($ii_2$) the beam length, ($ii_3$) the location of the load point of application and ($ii_4$) the bending moment diagram shape.
This paper is concerned with steel-concrete composite plate girders curved in plan. At the design stage these girders are assumed sometimes to act independent of the deck slabs resting on them in order to simplify the analysis. The advantage of composite action between the steel girders and concrete deck is not utilized. Finite element modeling of such composite action in plate girders is considered in this paper. Details of the finite element modeling and the non-linear analysis of the girders are presented along with the results obtained. Tension field action in the web panels similar to those observed in the straight plate girders is also noticed in these girders. Finite element and experimental results in respect of curved steel plate girders and straight composite plate girders tested by other researchers are presented first to assess the accuracy of the modeling. Effects of parameters such as curvature, steel flange width and web panel width that affect the behavior of composite girders are then considered in the analyses. An approximate method to predict the ultimate strength of horizontally curved composite plate girders is also presented.
Park, Hong Gun;Kwack, Jae Hyuk;Jeon, Sang Woo;Kim, Won Ki
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.16
no.6
s.73
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pp.781-792
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2004
Experiments were performed to study the cyclic behavior of framed steel walls with thin web plates. Five specimens of single-bay and three-story steel plate walls were tested for cyclic lateral load. The parameters for the test specimens included the plate thickness and the column strength. Based on the test results, the strength, deformability, and energy dissipation capacity of the framed steel walls were studied. The test results showed that the behavioral characteristics of the framed steel walls with thin web plates were different in many aspects from those of the conventional braced frame, and the steel wall with a stiffened web plate exhibited cantilever action, high strength, and low ductility. With the framed steel plate walls, local plate buckling and tension-field action developed in the thin web plates, and plastic deformation was uniformly distributed along the wall's height. As a result, the framed steel plate walls exhibited combined flexural and shear deformation, but they also showed high strength and energy dissipation capacity. Moreover, such walls have high deformability, which was equivalent to that of the conventional moment frame. Frame members such as columns and beams, however, must be designed to resist the tension-field action of the thin web plates. If the column does not have sufficient strength, and if its sections are not compact enough, the overall strength of the framed steel wall might be significantly decreased by the development of the soft-story mechanism. The framed steel walls with thin web plates have advantages, such as high deformability and high strength. Therefore, they can be used as ductile elements in earthquake-resistant systems.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.281-288
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2008
The Prestressed Concrete (hereinafter PSC) box girder bridges with corrugated steel webs have been drawing an attention as a new structure type of PSC bridge fully utilizing the feature of concrete and steel. However, the previous study focused on the shear buckling of the corrugated steel web and development of connection between concrete flange and steel web. Therefore, it needs to perform a study on the torsional behavior and develop the rational torsional analysis model for PSC box girder with corrugated steel web. In this study, torsional analysis model is developed using Rausch's equation based on space truss model, equilibrium equation considering softening effect of reinforced concrete element and compatibility equation. Validation studies are performed on developed model through the comparison with the experimental results of loading test for PSC box girder with corrugated steel webs. Parametric studies are also performed to investigate the effect of prestressing force and concrete strength in torsional behavior of PSC box girder with corrugated steel web. The modified correction factor is also derived for the torsional coefficient of PSC box girder with corrugated steel web through the parametric study using the proposed anlaytical model.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.4A
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pp.237-244
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2012
There is mounting recognition among concrete researchers that fiber reinforcement makes up for the inherent weakness in resisting tensile force of structural concrete. In practice of application of the fiber to concrete, however, several problems still remain to solve for assuring a uniform mix quality. The Kagome truss that is widely used in mechanical engineering field seems to be a good replacement for the steel fiber. This paper presents the test results of a pilot study for the concrete members reinforced by Kagome truss which is a periodic cellular metal of wire-woven. Three types of Kagome truss bulk were prefabricated and filled with normal concrete to make small-scaled test beams. The beams reinforced by a normal steel stirrups were also tested up to failure to compare the behavioral results. From the results obtained, it is appeared that comparing with beams reinforced by normal stirrups, the beams reinforced by Kagome truss showed better performance in load carrying capacity as well as ductility. Therefore, the Kagome truss is proved to be a good web shear reinforcing material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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