In this paper, a reaction-diffusion model of carbonation process in self-compacting concrete (SCC) was realized with a consideration of multi-field couplings. Various effects from environmental conditions, e.g. ambient temperature, relative humidity, carbonation reaction, were incorporated into a numerical simulation proposed by ANSYS. In addition, the carbonation process of SCC was experimentally investigated and compared with a conventionally vibrated concrete (CVC). It is found that SCC has a higher carbonation resistance than CVC with a comparable compressive strength. The numerical solution analysis agrees well with the test results, indicating that the proposed model is appropriate to calculate and predict the carbonation process in SCC. The parameters sensitivity analysis also shows that the carbon dioxide diffusion coefficient and moisture field are essentially crucial to the carbonation process in SCC.
This paper presents the study of the effect of microorganism Bacillus pasteurii on the properties such as Atterbergs' limit and unconfined compressive strength of cohesive soils. The results of this study reveal that the liquid limit and plasticity index for all clay soils decreased and the unconfined compressive strength increased. Decrease in plasticity index is very high for Kuttanad clay followed by bentonite and laterite. The unconfined compressive strength increased for all the soils. The increase was high for Kuttanad soil and low for laterite soil. After 24 h of treatment the improvement in the soil properties is comparatively less. Besides the specific bacteria selected Bacillus pasteurii, other microorganisms may also be taking part in calcite precipitation thereby causing soil cementation. But the naturally present microorganisms alone cannot work on the calcite precipitation.
This paper investigates the optimum fiber reinforcement for prestressed concrete containment vessels (PCCVs) under internal pressure. To achieve this aim, steel fiber, which is the most widely used fiber type in current engineering applications, is adopted to constitute steel fiber-reinforced concrete (SFRC) to substitute the conventional concrete in the PCCV. The effects of characteristic parameters, 𝜆sf, of the steel fiber affecting significantly the mechanical behavior of the concrete are first taken into account. Partial or complete concrete regions of the PCCV are also considered to be replaced by SFRC to balance the economy and safety. By adopting the ABAQUS software, the ultimate bearing capacity and performance for the fiber-reinforced PCCV are scientifically studied and quantified, and the recommendations for the optimum way of fiber reinforcement are presented.
This paper presents a new seismic isolation design for liquid storage tank (LST). The seismic isolation system includes: LST, flexible membrane, sand mat and rolling seismic isolation devices. Based on the mechanical equilibrium theory, the symmetric concave rolling restoring force model of the isolation device is derived. Based on the elasticity theory and restoring force model of the seismic isolation, a simplified mechanical model of LST with the new seismic isolation is established. The rationality of the seismic isolation design of LST is explored. Meanwhile, the seismic response of the new seismic isolation LST is investigated by numerical simulation. The results show that the new seismic isolation tank can effectively reduce the seismic response, especially the control of base shear and overturning moment, which greatly reduces the risk of seismic damage. The seismic reduction rate of the new seismic isolation storage tanks in Class I, II, and III sites is better than that in Class IV sites. Moreover, the seismic isolation device can effectively control the ground vibration response of storage tanks with different liquid heights. The new seismic isolation LST design provides better isolation for slender LSTs than for broad LSTs.
Hidayat, Banu A.;Hu, Hsuan-Teh;Hsiao, Fu-Pei;Han, Ay Lie;Pita, Panapa;Haryanto, Yanuar
Earthquakes and Structures
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v.19
no.6
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pp.485-498
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2020
Non-ductile detailing of Reinforced Concrete (RC) frames may lead to structural failure when the structure is subjected to earthquake response. These designs are generally encountered in older RC frames constructed prior to the introduction of the ductility aspect. The failure observed in the beam-column joints (BCJs) and accompanied by excessive column damage. This work examines the seismic performance and failure mode of non-ductile designed RC columns and exterior BCJs. The design was based on the actual building in Tainan City, Taiwan, that collapsed due to the 2016 Meinong earthquake. Hence, an experimental investigation using cyclic testing was performed on two columns and two BCJ specimens scaled down to 50%. The experiment resulted in a poor response in both specimens. Excessive cracks and their propagation due to the incursion of the lateral loads could be observed close to the top and bottom of the specimens. Joint shear failure appeared in the joints. The ductility of the member was below the desired value of 4. This is the minimum number required to survive an earthquake with a similar magnitude to that of El Centro. The evidence provides an understanding of the seismic failure of poorly detailed RC frame structures.
The deployment of advanced structural health monitoring (SHM) systems in large-scale civil structures collects large amounts of data. Note that these data may contain multiple types of anomalies (e.g., missing, minor, outlier, etc.) caused by harsh environment, sensor faults, transfer omission and other factors. These anomalies seriously affect the evaluation of structural performance. Therefore, the effective analysis and mining of SHM data is an extremely important task. Inspired by the deep learning paradigm, this study develops a novel generative adversarial network (GAN) and convolutional neural network (CNN)-based data anomaly detection approach for SHM. The framework of the proposed approach includes three modules : (a) A three-channel input is established based on fast Fourier transform (FFT) and Gramian angular field (GAF) method; (b) A GANomaly is introduced and trained to extract features from normal samples alone for class-imbalanced problems; (c) Based on the output of GANomaly, a CNN is employed to distinguish the types of anomalies. In addition, a dataset-oriented method (i.e., multistage sampling) is adopted to obtain the optimal sampling ratios between all different samples. The proposed approach is tested with acceleration data from an SHM system of a long-span bridge. The results show that the proposed approach has a higher accuracy in detecting the multi-pattern anomalies of SHM data.
Ji, Jing;Xu, Zhichao;Jiang, Liangqin;Yuan, Chaoqing;Zhang, Yunfeng;Zhou, Lijian;Zhang, Shilong
International journal of steel structures
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v.18
no.4
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pp.1153-1166
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2018
This paper was concerned with the nonlinear analysis on the overall stability of H-type honeycombed composite column with rectangular concrete-filled steel tube flanges (STHCC). The nonlinear analysis was performed using ABAQUS, a commercially available finite element (FE) program. Nonlinear buckling analysis was carried out by inducing the first buckling mode shape of the hinged column to the model as the initial imperfection with imperfection amplitude value of L/1000 and importing the simplified constitutive model of steel and nonlinear constitutive model of concrete considering hoop effect. Close agreement was shown between the experimental results of 17 concrete-filled steel tube (CFST) specimens and 4 I-beams with top flanges of rectangular concrete-filled steel tube (CFSFB) specimens conducted by former researchers and the predicted results, verifying the correctness of the method of FE analysis. Then, the FE models of 30 STHCC columns were established to investigate the influences of the concrete strength grade, the nominal slenderness ratio, the hoop coefficient and the flange width on the nonlinear stability capacity of SHTCC column. It was found that the hoop coefficient and the nominal slenderness ratio affected the nonlinear stability capacity more significantly. Based on the results of parameter analysis, a formula was proposed to predict the nonlinear stability capacity of STHCC column which laid the foundation of the application of STHCC column in practical engineering.
Liang Gao;Dewen Liu;Yuan Zhang;Yanping Zheng;Jingran Xu;Zhiang Li;Min Lei
Earthquakes and Structures
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v.26
no.1
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pp.17-30
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2024
Earthquakes can lead to substantial damage to buildings, with long-period ground motion being particularly destructive. The design of high-performance building structures has become a prominent focus of research. The double-story isolated structure is a novel type of isolated structure developed from base isolated structure. To delve deeper into the building performance of double-story isolated structures, the double-story isolated structure was constructed with the upper isolated layer located in different layers, alongside a base isolated structure for comparative analysis. Nonlinear elastoplastic analyses were conducted on these structures using different ground motion inputs, including ordinary ground motion, near-field impulsive ground motion, and far-field harmonic ground motion. The results demonstrate that the double-story isolated structure can extend the structural period further than the base isolated structure under three types of ground motions. The double-story isolated structure exhibits lower base shear, inter-story displacement, base isolated layer displacement, story shear, and maximum acceleration of the top layer, compared to the base isolated structure. In addition, the double-story isolated structure generates fewer plastic hinges in the frame, causes less damage to the core tube, and experiences smaller overturning moments, demonstrating excellent resistance to overturning and a shock-absorbing effect. As the upper isolated layer is positioned higher, the compressive stress on the isolated bearings of the upper isolated layer in the double-story isolated structure gradually decreases. Moreover, the compressive stress on the isolated bearings of the base isolated layer is lower compared to that of the base isolated structure. However, the shock-absorbing capacity of the double-story isolated structure is significantly increased when the upper isolated layer is located in the middle and lower section. Notably, in regions exposed to long-period ground motion, a double-story isolated structure can experience greater seismic response and reduced shock-absorbing capacity, which may be detrimental to the structure.
Hang Shan;Dewen Liu;Zhiang Li;Fusong Peng;Tiange Zhao;Yiran Huo;Kai Liu;Min Lei
Earthquakes and Structures
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v.27
no.1
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pp.17-29
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2024
The traditional double story isolated structure is a derivative of the base isolated and inter-story isolated structures, while the new double story isolated structure represents a novel variation derived from the traditional double story isolated structure. In order to investigate the seismic response of the new double story isolated structure, a comprehensive structural model was developed. Concurrently, models for the basic fixed, base isolated, inter-story isolated, and traditional double story isolated structures were also established for comparative analysis. The nonlinear dynamic time-history response of the new double story isolated structure under rare earthquake excitations was analyzed. The findings of the study reveal that, in comparison to the basic fixed structure, the new double story isolated structure exhibits superior performance across all evaluated aspects. Furthermore, when compared to the base isolated and inter-story isolated structures, the new double story isolated structure demonstrates significant reductions in inter-story shear force, top acceleration, and inter-frame displacement. The horizontal displacement of the new double story isolated structure is primarily localized within the two isolation layers, effectively dissipating the majority of input seismic energy. In contrast to the traditional double story isolated structure, the new design minimizes displacements within the inter-isolation layer situated in the central part of the frame, as well as mitigates the overturning forces acting on the lower frame column. Consequently, this design ensures the structural integrity of the core tube, thereby preventing potential collapse and structural damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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