Concrete-filled steel tubes (CFSTs) are increasingly used as composite sections in structures owing to their excellent load bearing capacity. Therefore, predicting the mechanical behavior of CFST sections under axial compression loading is vital for design purposes. This paper presents the first study on the nonlinear analysis of heated CFSTs with high-strength concrete core containing steel fiber and waste tire rubber under axial compression loading. CFSTs had steel fibers with 0, 1, and 1.5% volume fractions and 0, 5, and 10% rubber particles as sand alternative material. They were subjected to 20, 250, 500, and 750℃ temperatures. Using flow rule and analytical analysis, a model is developed to predict the load bearing capacity of steel tube, and hoop strain-axial strain relationship, and axial stress-volumetric strain relationship of CFSTs. An elastic-plastic analysis method is applied to determine the axial and hoop stresses of the steel tube, considering elastic, yield, and strain hardening stages of steel in its stress-strain curve. The axial stress in the concrete core is determined as the difference between the total experimental axial stress and the axial stress of steel tube obtained from modeling. The results show that steel tube in CFSTs under 750℃ exhibits a higher load bearing contribution compared to those under 20, 250, and 500℃. It is also found that the ratio of load bearing capacity of steel tube at peak point to the load bearing capacity of CFST at peak load is noticeable such that this ratio is in the ranges of 0.21-0.33 and 0.31-0.38 for the CFST specimens with a steel tube thickness of 2 and 3.5 mm, respectively. In addition, after the steel tube yielding, the load bearing capacity of the tube decreases due to the reduction of its axial stiffness and the increase of hoop strain rate, which is in the range of about 20 to 40%.
Nematzadeh, Mahdi;Fazli, Saeed;Hajirasouliha, Iman
Steel and Composite Structures
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제23권5호
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pp.517-527
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2017
In this paper, the effect of active confinement on the compressive behaviour of circular steel tube-confined concrete (STCC) and concrete-filled steel tube (CFST) columns is investigated. In STCC columns the axial load is only applied to the concrete core, while in CFST columns the load is carried by the whole composite section. A new method is introduced to apply confining pressure on fresh concrete by laterally prestressing steel tubes. In order to achieve different prestressing levels, short-term and long-term pressures are applied to the fresh concrete. Three groups of STCC and CFST specimens (passive, S-active and L-active groups) are tested under axial loads. The results including stress-strain relationships of composite column components, secant modulus of elasticity, and volumetric strain are presented and discussed. Based on the elastic-plastic theory, the behaviour of the steel tube is also analyzed during elastic, yielding, and strain hardening stages. The results show that using the proposed prestressing method can considerably improve the compressive behaviour of both STCC and CFST specimens, while increasing the prestressing level has insignificant effects. By applying prestressing, the linear range in the stress-strain curve of STCC specimens increases by almost twice as much, while the improvement is negligible in CFST specimens.
The present study analyzed noise reduction and long/short-term components for discharge, TOC concentration, and TOC load data in order to understand the data characteristics better. For the purpose, wavelet transform which can reduce noise from raw data and has flexible resolution in time and frequency domain was applied and the theory of nonlinear dynamics was also used to determine the last decomposition level for wavelet transform. Wavelet function of 'db10' and the 7th level for the last decomposition of wavelet transform were applied for the all data in the present study. Also the results revealed that the energy ratios of approximation components with 187-hour periodicity decomposed from 7th level of wavelet transform were 94.71% (discharge), 99.00% (TOC concentration), and 93.84% (TOC load), respectively. In addition, the energy ratios of detail components showed the range between 1.00% and 6.17%, which were extremely small comparing to the energy ratios of approximation components, therefore, the first and second detail components might be considered as noise components included in the raw data.
The failure of a thin-walled tube was studied in this paper based on three failure models. Both proportional and non-proportional loading paths were applied. Proportional loading consisted of combined tension-torsion. Cyclic non-proportional loading was also applied. It was a circular out-of-phase axial-shear stress loading path. The third loading path was a combination of a constant internal pressure and a bending moment. The failure models under study were equivalent plastic strain, modified Mohr-Coulomb (Bai-Wierzbicki) and Tearing parameter models. The elasto-plastic analysis was conducted using J2 criterion and nonlinear kinematic hardening. The return mapping algorithm was employed to numerically solve the plastic flow relations. The effects of the hydrostatic stress on the plastic flow and the stress triaxiality parameter on the failure were discussed. Each failure model under study was utilized to predict failure. The failure loads obtained from each model were compared with each other. The equivalent plastic strain model was independent from the stress triaxiality parameter, and it predicted the highest failure load in the bending problem. The modified Mohr-Coulomb failure model predicted the lowest failure load for the range of the stress triaxiality parameter and Lode's angle.
To date, a number of stress intensity factor (SIF) solutions have been proposed for the cylindrical structure with circumferential through-wall cracks. However, each solution has a different format as well as applicable range. It is also known that there is a significant difference in predicted SIF values depending on the shape of the structure and the size of the crack. In this study, the applicability of various SIF solutions was analyzed by comparing the finite element analysis results for the case where a tensile load is applied to the cylindrical structure with circumferential through-wall crack. It is found that the calculated SIF gradually decreases and converges to a certain value with increasing length-to-radius ratio. Therefore, an appropriate length-to-radius ratio should be set in consideration of the dimensions of the actual cylindrical structure. For piping with sufficiently long cylinder, the ASME solution is found to be the most appropriate, and for a short cylinder, the API solution should be applied. On the other hand, the WEC solution requires careful attention to its application.
The equation of end bearing capacity is applied differently depending on the type of pile, construction method, and load characteristics considering the construction standards. The bearing capacity equation of the design standard is presented in various ways according to the design conditions such as construction method and ground condition, etc. but, It does not reflect the ground strength according to the SPT-N value of weathered rock. This study analyzed the trend of allowable tip bearing capacity by pile diameter through about 480 dynamic loading tests conducted for the construction/quality management of piles for the last 6 years since 2015. The equation for the ultimate end bearing capacity per unit area according to the SPT-N value is presented. The proposed formula of ultimate end bearing capacity per unit area can be applied in the range of 15,000kN/m2 to 30,000kN/m2. The proposed formula, which complements the existing formula, enables pile design and construction/quality management.
본 연구는 선형탄성 파괴역학적 방법을 사용하여 피로 손상을 평가할 수 있는 해석모델을 개발하는데 있다. 트럭 한 대가 교량상부를 통과할 때 부재에 발생하는 응력이력을 블록하중이라 정의하고 하중상호작용효과를 설명하는 균열닫힘 모델 이론을 적용한다. 블록하중에 대해 사하중 응력과 균열개구응력을 고려하여 응력범위빈도해석을 수행하였다. 여기서 구한 응력범위빈도분포에 확률적 방법을 적용하여 응력범위빈도분포의 확률분포 파라미타를 추 정하였다. 확률분포의 확률변수를 발생시키는 Monte Carlo Simulation 실행을 하여 파괴블럭수와 확률분포를 구한다. 이로부터 부재의 파로파괴가 발생하지 않는 피로신뢰성을 계산한다. 또한 파괴블럭수를 일평균 트럭교통량으로 나누면 예상잔존수명을 구할 수 있다. 제안된 피로신뢰성 해석모델을 사용하여 강상자형교 가로보와 수직보강개의 용접부에 피로신뢰성 해석을 수행 한 결과, 피크해석방법 결과와 잔존수명이 3.8% 정도 차이가 있었다. 이는 제안된 모델이 균열닫힘 현상이나 균열지연 형상을 고려하고 있음을 알 수 있었다.
Singh R. Arvind;Yoon Eui-Sung;Han Hung-Gu;Kong Ho-Sung
Journal of Mechanical Science and Technology
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제20권6호
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pp.738-747
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2006
The friction behaviour of Si-wafer, diamond-like carbon (DLC) and two self-assembled monolayers (SAMs) namely dimethyldichlorosilane (DMDC) and diphenyl-dichlorosilane (DPDC) coated on Si-wafer was studied under loading conditions in milli-newton (mN) range. Experiments were performed using a ball-on-flat type reciprocating micro-tribo tester. Glass balls with various radii 0.25 mm, 0.5 mm and 1 mm were used. The applied normal load was in the range of 1.5 mN to 4.8 mN. Results showed that the friction increased with the applied normal load in the case of all the test materials. It was also observed that friction was affected by the ball size. Friction increased with the increase in the ball size in the case of Si-wafer. The SAMs also showed a similar trend, but had lower values of friction than those of Si-wafer In-terestingly, for DLC it was observed that friction decreased with the increase in the ball size. This distinct difference in the behavior of friction in DLC was attributed to the difference in the operating mechanism. It was observed that Si-wafer and DLC exhibited wear, whereas wear was absent in the SAMs. Observations showed that solid-solid adhesion was dominant in Si-wafer, while plowing in DLC. The wear in these two materials significantly Influenced their friction. In the case of SAMs their friction behaviour was largely influenced by the nature of their molecular chains.
This paper examines the crack growth behavior of 7075-T651 aluminum alloy under high-low block loading condition. The cantilever beam type specimen with a chevron notch is used in this study. The crack growth and closure are investgated by compliance method. The applied initial stress ratios are R=-0.5, R=0.0 and R=0.25 Crack length($\alpha$), effective stress intensity factor range(ΔKeff), ratio of effective stress intensity factor range(U) and crack growth rate(d$\alpha$/dN) etc. are inspected fracture mechanics estimate.
In this paper, a system for the precise detection of arcs is proposed for a rigid catenary using a spectrometer. For this purpose, a miniature rigid catenary contact-loss simulator was used. Experiments were performed by varying the amplitude of the excitation frequency with which a real arc can occur using a simulator in the range of 5 to 15 mm. The range of the radiated wavelength of the copper, which is a material in the rigid catenary, and the irradiance were measured using a spectrometer according to the generated contact loss. In addition, the amount was monitored over time and its characteristics were analyzed. The voltage and current of the load were analyzed when the arc occurred due to contact loss. The analytical results will be applied to detect rigid catenary arcs and used as a monitoring system for real vehicles developed in the future. This will prevent abrasion and disconnection in rigid catenary systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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