Double skin composite walls offer structural and economic merits over conventional reinforced concrete counterparts in terms of higher capacity, greater stiffness, and better ductility. This paper investigated the axial behavior of double skin composite walls with steel truss connectors. Full-scaled tests were conducted on three specimens with different height-to-thickness ratios. Test results were evaluated in terms of failure mode, load-axial displacement response, buckling loading, axial stiffness, ductility, strength index, load-lateral deflection, and strain distribution. The test data were compared with AISC 360 and Eurocode 4 and it was found that both codes provided conservative predictions on the safe side.
Column base connections are critical components in steel structures because they transfer axial forces, shear forces and moments to the foundation. Exposed column bases are quite commonly used in low- to medium-rise buildings. To investigate shear transfer in exposed column base plates, four large scale specimens were subjected to a combination of axial load (compression or tension) and lateral shear deformations. The main parameters examined experimentally include the number of anchor rod, arrangement of anchor rod, type of lateral loading, and axial force ratio. It is observed that the shear resisting mechanism of exposed column base changed as the axial force changed. When the axial force is in compression, the resisting mechanism is rotation type, and the shear force will be resisted by friction force between base plate and mortar layer. The specimens could sustain inelastic deformation with minimal strength deterioration up to column rotation angle of 3%. The moment resistance and energy dissipation will be increased as the number of anchor rods increased. Moreover, moment resistance could be further increased if the anchor rods were arranged in details. When the axial force is in tension, the resisting mechanism is slip type, and the shear force will be resisted by the anchor rods. And the shear resistance was reduced significantly when the axial force was changed from compression to tension. The test results indicated that the current design approach could estimate the moment resistance within reasonable acceptance, but overestimate the shear resistance of exposed column base.
Ghassemieh, Mehdi;Shamim, Iman;Gholampour, Ali Akbar
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.1
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pp.23-40
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2014
In this article, using finite element method of analysis (FEM), behavior of the endplate moment connection subjected to axial force and bending moment is investigated. In the FEM model, all the nonlinear characteristics such as material, geometry, as well as contact have been included. First, in order to verify the numerical model of the connection, an analysis of the endplate moment connection conducted without the application of the axial force. Results obtained from FEM indicating a close and good correlation with the experimental results. Then to investigate the influence of the axial forces, the connections subjected to axial forces as well as the bending moment are analyzed. To observe the overall effect of these actions, the momentaxial force interaction diagrams are drawn. It is observed that the presence of axial force even in a small value can change the behavior of the connection significantly. It is also shown that the axial forces can alter the failure mode of the connection; and therefore it could result in a different than the predicted moment capacity of the connection.
Kim, Il-Kyu;Son, Choong-Yul;Jang, Keum-Soo;Cho, Hyun-Young;Baek, Min-Kyu;Park, Sheung-Hoon
Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery
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v.30
no.1
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pp.60-71
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2008
The objective of this study is to evaluate the stress distribution according to the thread design and the marginal bone loss of a single unit dental implant under the axial and offset-axial loading by three dimensional finite element analysis. The implants used had the diameter of 5mm and 4mm with 13mm in length and prosthesis with a conical type which is 6mm in height and 12mm in diameter. The thread designs were triangular, square and buttress. In the three dimensional finite element model with $15\times15\times20mm$ hexahedron and 2mm cortical thickness, implants were placed with crown to root ratio 7:12, 10:9, 13:6 and 16:3. And additionally the axial force of 100N were applied into 0mm, 2mm and 4mm away from the center of the implants. The results were as follows 1. The maximum von-Mises stress in cortical bone was concentrated to cervical area of implant, and in cancellous bone, apical portion. 2. Comparing the von-Mises stresses in cortical bone of 2mm and 4mm offset loading with central axial loading, it were increased to 3 and 5 times in diameter 4mm implant, and 2 and 4 times, in diameter 5mm implant. 3. The square threads were more effective than the triangular and butress as the longer diameter, the offset loading, and the worse crown to root ratio. 4. The von-Mises stresses were relatively stable until crown to root ratio 13:6, but it was suddenly increased at 16:3. From the results of this study, minimum requirement of crown to root ratio of implant is 2:1, and in the respect of crown to root ratio, diameter and offset loading, square threads are more effective than triangular and buttress threads.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.19
no.4
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pp.257-268
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2003
The purpose of this study was to assess the loading distributing characteristics of implant prosthesis according to position and direction of load, under vertical and inclined loading using FEA analysis. The finite element model was designed according to standard fixture (4.1mm restorative component x 11.5mm length). The crown for mandibular first molar was made using UCLA abutment. Each three-dimensional finite element model was created with the physical properties of the implant and surrounding bone. This study simulated loads of 200N at the central fossa in a vertical direction (loading condition A), 200N at the outside point of the central fossa with resin filling into screw hole in a vertical direction (loading condition B), 200N at the centric usp in a $15^{\circ}$ inward oblique direction (loading condition C), 200N at the in a $30^{\circ}$ inward oblique direction (loading condition D) or 200N at the centric cusp in a $30^{\circ}$ outward oblique direction (loading condition E) individually. Von Mises stresses were recorded and compared in the supporting bone, fixture, and abutment screw. The following results have been made based on this study: 1. Stresses were concentrated mainly at the ridge crest around implant in both vertical and oblique loading but stresses in the cancellous bone were low in both vertical and oblique loading. 2. Bending moments resulting from non-axial loading of dental implants caused stress concentrations on cortical bone. The magnitude of the stress was greater with the oblique loading than with the vertical loading. 3. An offset of the vertical occlusal force in the buccolingual direction relative to the implant axis gave rise to increased bending of the implant. 4. The relative positions of the resultant line of force from occlusal contact and the center of rotation seems to be more important. 5. The magnitude of the stress in the supporting bone, fixture and abutment screw was greater with the outward oblique loading than with the inward oblique loading and was the greatest under loading at the centric cusp in a $30^{\circ}$ outward oblique direction. Conclusively, this study provides evidence that bending moments resulting from non-axial loading of dental implants caused stress concentrations on cortical bone. But it seems to be more important that how long is the distance from center of rotation of the implant itself to the resultant line of force from occlusal contact(leverage). The goal of improving implants should be to avoid bending of the implant.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.7
s.250
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pp.809-815
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2006
The temperature and loading-rate dependence on the mechanical behavior of single-walled carbon nanotubes under axial compression and torsion is examined with classical molecular dynamics simulation. The critical buckling is found to depend on the temperature and loading-rate. The yielding under torsion is also found to depend on the temperature and loading-rate. But it is shown that the compression and torsional stiffness are independent of the varied temperatures and loading-rates.
Rhim, Hong-Chul;Buyukozturk, Oral;Soon, K. A;Kim, Gwang-Ho
KCI Concrete Journal
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v.13
no.1
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pp.53-60
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2001
Tests of cylindrical concrete specimens under lateral confining pressure of up to 5,000 psi were conducted for two different axial loading cases: monotonic compression and monotonic tension. The purpose of this experimental investigation is to provide stress-strain characteristics of plain concrete in triaxial stress conditions. Lateral confining pressure levels, loading rates, and strength of concrete specimens are varied as parameters. The loading rates are $34.75$\times$10^{-5}$ in/in/sec for fast, $\times$$6.95x10^{-5}$ in/in/sec for normal. and $0.579$\times$10^{-5}$ in/in/sec for slow loading cases. The concrete specimens used in the experiment have compressive strength of 3,500 psi and 6,500 psi, respectively. Findings of this experiment include dependency of the stress-strain behavior of concrete on the above parameters under two different types of loading conditions. The parametric study includes a series of 106 triaxial tests.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.2
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pp.94-104
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2013
This paper describes the design to increase the blade loading factor of a low speed axial flow fan from normal 0.42 to highly loaded 0.55. A three-dimensional viscous solver is used to model the flows in the highly-loaded and normal loaded stages over its operation range. At the design point operation the static pressure rise can be increased by 20 percent with a deficit of efficiency by 0.3 percent. In the highly loaded fan stage, the rotor hub flow stalls, and separation vortex extends over the rotor hub region. The backflow, which occurs along the stator hub-suction surface, changes the exit flow from the prescribed axial direction. Results in this paper confirm that the limitation of the two dimensional diffusion does not affect primarily on the fan's performance. Highly loaded fan may have actually better performance than its two dimensional design. Three dimensional designing approaches may lead to better highly loaded fan with controlled rotor hub stall.
The application of double-skin composite wall should meet different layout plans. However, most available research focused on the rectangular section with uniform axial compression. In this research, the structural behavior of double-skin composite wall with L section was studied. Due to the unsymmetric geometric characteristics, the considered loading condition combined the axial compression and biaxial bending. Five specimens were designed and tested under eccentric compression. The variables in the test included the width of the web wall, the truss spacing, the thickness of the steel faceplate, and the thickness of the web wall. The test results were discussed in terms of the load-displacement responses, buckling behavior, stiffness, ductility, strength utilization, strain distribution. Two modern codes were employed to predict the interaction between the axial compression and the biaxial bending. The method to calculate the available bending moment along the two directions was proposed. It was found that CECS 159:2004 offers more suitable results than AISC 360.
In this paper, a modified rigid body spring model (RBSM) is proposed and used to analyze the damage and failure process of reinforced concrete (RC) structures. In the proposed model, the concrete is represented by an assembly of rigid blocks connected with a uniform distribution of normal and tangential springs to simulate the macroscopic mechanical behavior of concrete. Steel bars are evenly dispersed into rigid blocks as a kind of homogeneous axial material, and an additional uniform distribution of axial and dowel springs is defined to consider the axial stiffness and dowel action of steel bars. Perfect bond between the concrete and steel bars is assumed, and tension stiffening effect of steel bars is modeled by adjusting the constitutive relationship for the tensile reinforcement. Adjacent blocks are allowed to separate at the contact interface, which makes it convenient and easy to simulate the cracking process of concrete. The failure of the springs is determined by the Mohr-Coulomb type criterion with the tension and compression caps. The effectiveness of the proposed method is confirmed by elastic analyses of a cantilever beam under different loading conditions and failure analyses of a RC beam under two-point loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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