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mechanics and design of reinforced concrete_victor e.saouma_2002.pdf

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Draft DRAFT Lecture Notes in: Mechanics and Design of REINFORCED CONCRETE CVEN4555 c VICTOR  E. SAOUMA, Fall 2001 Dept. of Civil Environmental and Architectural Engineering University of Colorado, Boulder, CO 80309-0428 May 18, 2002 Draft 0–2 Victor Saouma Mechanics and Design of Reinforced Concrete Draft Contents 1 INTRODUCTION 1.1 Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1 Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1.1 Mix Design . . . . . . . . . .
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  Draft DRAFT Lecture Notes in: Mechanics and Design of REINFORCED CONCRETE CVEN4555 c  VICTOR E. SAOUMA,Fall 2001 Dept. of Civil Environmental and Architectural EngineeringUniversity of Colorado, Boulder, CO 80309-0428 May 18, 2002  Draft 0–2Victor Saouma Mechanics and Design of Reinforced Concrete  Draft Contents 1 INTRODUCTION 1–1 1.1 Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–11.1.1 Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–11.1.1.1 Mix Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–11.1.1.1.1 Constituents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–11.1.1.1.2 Preliminary Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . 1–51.1.1.1.3 Mix procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–51.1.1.1.4 Mix Design Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–81.1.1.2 Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–91.1.2 Reinforcing Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–131.2 Design Philosophy, USD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–141.3 Analysis vs Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–151.4 Basic Relations and Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–161.5 ACI Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–16 2 FLEXURE 2–1 2.1 Uncracked Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–1E 2-1 Uncracked Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–22.2 Section Cracked, Stresses Elastic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–32.2.1 Basic Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–32.2.2 Working Stress Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–4E 2-2 Cracked Elastic Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–5E 2-3 Working Stress Design Method; Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–6E 2-4 Working Stress Design Method; Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–72.3 Cracked Section, Ultimate Strength Design Method . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–82.3.1 Whitney Stress Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–82.3.2 Balanced Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–102.3.3 Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–112.3.4 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–112.4 Practical Design Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–122.4.1 Minimum Depth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–122.4.2 Beam Sizes, Bar Spacing, Concrete Cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–132.4.3 Design Aids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–132.5 USD Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–15E 2-5 Ultimate Strength; Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–15E 2-6 Ultimate Strength; Design I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–16E 2-7 Ultimate Strength; Design II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–17  Draft 0–2 CONTENTS 2.6 T Beams, ( ACI 8.10 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–172.6.1 Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–192.6.2 Design, (balanced) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–19E 2-8 T Beam; Moment Capacity I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–20E 2-9 T Beam; Moment Capacity II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–21E 2-10 T Beam; Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–222.7 Doubly Reinforced Rectangular Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–232.7.1 Tests for  f  s  and  f   s  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–242.7.2 Moment Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–26E 2-11 Doubly Reinforced Concrete beam; Review . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–28E 2-12 Doubly Reinforced Concrete beam; Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–302.8 Bond & Development Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–312.8.1 Moment Capacity Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–35 3 SHEAR 3–1 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–13.2 Shear Strength of Uncracked Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–23.3 Shear Strength of Cracked Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–43.4 ACI Code Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–63.5 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–7E 3-1 Shear Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–73.6 Shear Friction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–8E 3-2 Shear Friction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–113.7 Brackets and Corbels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–113.8 Deep Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–12 4 CONTINUOUS BEAMS 4–1 4.1 Continuity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–14.2 Methods of Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–24.2.1 Detailed Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–24.2.2 ACI Approximate Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–24.3 Effective Span Design Moment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–44.4 Moment Redistribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–44.4.1 Elastic-Perfectly Plastic Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–44.4.2 Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–5E 4-1 Moment Redistribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–64.5 Buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–7 5 SERVICEABILITY 5–1 5.1 Control of Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5–1E 5-1 Crack Width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5–35.2 Deflections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5–45.2.1 Short Term Deflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5–45.2.2 Long Term Deflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5–5E 5-2 Deflections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5–7 Victor Saouma Mechanics and Design of Reinforced Concrete
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