R. Bina;M. Soltani Tehrani;A. Ahmadi;A. Ghanim Taki;R. Akbarian
Steel and Composite Structures
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v.52
no.4
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pp.487-499
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2024
The primary objective of this study is to analyze the free vibration behavior of a sandwich cylindrical shell with a defective core and wavy carbon nanotube (CNT)-enhanced face sheets, utilizing the three-dimensional theory of elasticity. The intricate equations of motion for the structure are solved semi-analytically using the generalized differential quadrature method. The shell structure consists of a damaged isotropic core and two external face sheets. The distributions of CNTs are either functionally graded (FG) or uniform across the thickness, with their mechanical properties determined through an extended rule of mixture. In this research, the conventional theory regarding the mechanical effectiveness of a matrix embedding finite-length fibers has been enhanced by introducing tube-to-tube random contact. This enhancement explicitly addresses the progressive reduction in the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The study investigates the influence of a damaged matrix, CNT distribution, volume fraction, aspect ratio, and waviness on the free vibration characteristics of the sandwich cylindrical shell with wavy CNT-reinforced face sheets. Unlike two-dimensional theories such as classical and the first shear deformation plate theories, this inquiry is grounded in the three-dimensional theory of elasticity, which comprehensively accounts for transverse normal deformations.
Rana Muhammad Akram Muntazir;Abdur Rauf;Mohamed A. Khadimallah;Ikram Ahmad;Hamdi Ayed;Lubna Rasool;Muzamal Hussain;Abir Mouldi;Bazal Fatima;Sehar Asghar;Essam Mohammed Banoqitah
Advances in concrete construction
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v.17
no.3
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pp.159-165
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2024
The interaction of short range zigzag single walled carbon nanotubes CNTs based on modified elasticity model is studied in this paper. The numerical accurate results are presented. Through this model the vibrational frequency of zigzag (5, 0), (12, 0) single-walled CNTs with certain end conditions are estimated. The natural frequencies of single walled carbon nanotubes are obtained by elasticity model. It is considered for various estimation of height-to-diameter ratio of zigzag tube. This simulation is performed to quantify small scale effects. Moreover, the natural frequencies increase by increasing the height-to-diameter ratio. These frequencies are very sensitive with low height-to-diameter ratio. The feasibility and effective use of present model is explained by comparison of outputs of earlier investigations.
This study was to compare the microshear bond strength $({\mu}SBS)$ of light- and chemically cured composites to enamel coupled with four 2-step self-etch adhesives and also to evaluate the incompatibility between 2-step self-etch adhesives and chemically cured composite resin. Crown segments of extracted human molars were cut mesiodistally, and a 1 mm thickness of specimen was made. They were assigned to four groups by adhesives used: SE group (Clearfil SE Bond) AdheSE group (AdheSE), Tyrian group (Tyrian SPE/One-Step Plus), and Contax group (Contax) Each adhesive was applied to a cut enamel surface as per the manufacturer's instruction. Light-cured (Filtek Z250) or chemically cured composite (Luxacore Smartmix Dual) was bonded to the enamel of each specimen using a Tygon tube. After storage in distilled water for 24 hours, the bonded specimens were subjected to ${\mu}SBS$ testing with a crosshead speed of 1 mm/minute. The mean ${\mu}SBS$ (n=20 for each group) was statistically compared using two-way ANOVA, Tukey HSD, and t test at 95% level. Also the interface of enamel and composite was evaluated under FE-SEM. The results of this study were as follows ; 1. The ${\mu}SBS$ of the SE Bond group to the enamel was significantly higher than that of the AdheSE group, the Tyrian group, and the Contax group in both the light-cured and the chemically cured composite resin (p < 0.05). 2. There was not a significant difference among the hdheSE group, the Tyrian group, and the Contax group in both the light-cured and the chemically cured composite resin. 3. The ${\mu}SBS$ of the light-cured composite resin was significantly higher than that of the chemically cured composite resin when same adhesive was applied to the enamel (p < 0.05). 4. The interface of enamel and all 2-step self-etch adhesives showed close adaptation, and so the incompatibility of the chemically cured composite resin did not show.
In steel framed-tube structures (SFTSs), the plastic hinges at beam-ends cannot be adequately improved because of the large cross sections of spandrel beams, which results in the lower ductility and energy dissipation capacities of traditional SFTSs. To address this drawback, high-strength steel fabricated SFTSs with bolted web-connected replaceable shear links (HSFTS-SLs) have been proposed. In this system, shear links use conventional steel and are placed in the middle of the deep spandrel beams to act as energy dissipative components. In this study, 2/3-scaled HSFTS-SL specimens were fabricated, and cyclic loading tests were carried out to study the seismic performance of both specimens. The finite element models (FEMs) of the two specimens were established and the numerical results were compared with the test results. The results showed that the specimens had good ductility and energy dissipation capacities due to the reliable deformation capacities. The specimens presented the expected failure modes. Using a shorter shear link can provide a higher load-carrying capacity and initial elastic lateral stiffness but induces lower ductility and energy dissipation capacity in HSFTS-SLs. The performance of the specimens was comparable to that of the original sub-structure specimens after replacing shear links. Additionally, the expected post-earthquake recoverability and resilience of the structures could be achieved by replacing shear links. The acceptable residual interstory drift that allows for easy replacement of the bolted web-connected shear link was 0.23%. The bolted web-connected shear links had reliable hysteretic responses and deformation capacities. The connection rotation had a notable contribution to total link rotation. The results of the numerical analysis run for the proposed FEMs were consistent with the test results. It showed that the proposed FEMs could be used to investigate the seismic performance of the HSFTS-SL.
Pile-to-pilecap connection performance is important as Integral abutment bridges (IABs) have no expansion joints and their flexible weak-axis oriented supporting piles take the role of the expansion joint. This connection may govern the bridge strength and the performance against various lateral loads. The intention of this study is to identify crack propagation patterns when the pile-to-pilecap connection is subjected to lateral loadings and to propose novel connections for improved performance under lateral loadings. In this study, eight different types of connections were developed and modeled, using Abaqus 6.12 to evaluate performances. Three types were developed by strengthening the connections using rebar or steel tube: (i) PennDOT specification; (ii) Spiral rebar; and (iii) HSS tube. Other types were developed by softening the connections using shape modifications: (i) cylindrical hole; (ii) reduced flange; (iii) removed flange; (iv) extended hole; and (v) slot hole connection types. The connections using the PennDOT specification, HSS tube, and cylindrical hole were shown to be ineffective in the prevention of cracks, resulting in lower structural capacities under the lateral load compared to other types. The other developed connections successfully delayed or arrested the concrete crack initiations and propagations. Among the successful connection types, the spiral rebar connection allowed a relatively larger reaction force, which can damage the superstructure of the IABs. Other softened connections performed better in terms of minimized reaction forces and crack prevention.
Nylon66/multi-walled carbon nano tube (MWCNT) composites were fabricated by twin screw extruder. The contents of MWCNT were 1, 3, 5, and 7 wt%. Thermal properties, dispersion, rheological and impact properties were measured by DSC, TGA, X-ray diffraction (XRD), SEM, Dynamic rheometer, and Izod impact tester. The effect of MWCNT on the non-isothermal crystallization of Nylon66 was confirmed by DSC. The complex viscosity at low frequency and the shear thinning tendency of the composites increased with MWCNT content. An increase in the elasticity was confirmed from the decrease in the slop of G'-G" plot. Izod impact strengths of the composites were analyzed as a measure of mechanical properties, which indicated that the composites exhibit a 60% enhancement for the impact strength when 3 wt% MWCNT was added. The dispersion of MWCNT within Nylon66/MWCNT composites was also checked by SEM.
To investigate the stress-strain relation of PVC-FRP Confined Concrete (PFCC) column with RC ring beam joint subjected to eccentric compression, the experiment of 13 joint specimens, which were designed with principle of "strong joint and weak column", were presented. Several variable parameters, such as reinforcement ratio, width and height of ring beam, FRP strips spacing and eccentricity, were considered. The specimens were eventually damaged by the crushing of concrete, the fracture of PVC tube and several FRP strips. With the FRP strips spacing or eccentricity increased, the ultimate carrying capacity of specimens declined. The strain of FRP strips and axial strain of PVC tube decreased as FRP strips spacing decreased. The decrease of eccentricity would slow down the development of strain of FRP strips and axial strain of PVC tube. The slope of stress-strain curve of PFCC column decreased as FRP strips spacing or eccentricity increased. The ultimate strain of PFCC column reduced as FRP strips spacing increased, while the effect of eccentricity on the ultimate strain of PFCC was not distinct. Considering the influence of eccentricity on the stress-strain relation, a modified stress-strain model for conveniently predicting the weak PFCC column and strong RC ring beam joint under eccentric compression was proposed and it was in good agreement with the experimental data.
Beams of steel frame-tube structures (SFTSs) typically have span-to-depth ratios of less than five. This makes a flexural beam unsuitable for such an application because the plastic hinges at the beam-ends cannot be adequately developed. This leads to lower ductility and energy dissipation capacities of SFTSs. To address this, SFTSs with bolted web-connected replaceable shear links (SFTS-BWSLs) are proposed. In this structural system, a web-connected replaceable shear link with a back-to-back double channel section is placed at the mid-length of the deep beam to act as a ductile fuse. This allows energy from earthquakes to be dissipated through link shear deformation. SFTS and SFTS-BWSL buildings were examined in this study. Several sub-structures were selected from each designed building and finite element models were established to study their respective hysteretic performance. The seismic behavior of each designed building was observed through static and dynamic analyses. The results indicate that the SFTS-BWSL and SFTS have similar initial lateral stiffness and shear leg properties. The SFTS-BWSL had lower strength, but higher ductility and energy dissipation capacities. Compared to the SFTS, the SFTS-BWSL had lower interstory drift, base shear force, and story shear force during earthquakes. This design approach could concentrate plasticity on the shear link while maintaining the residual interstory drift at less than 0.5%. The SFTS-BWSL is a reliable resistant system that can be repaired by replacing shear links damaged due to earthquakes.
The grid structures with welded hollow spherical joint (WHSJ) have gained increasing popularity for use in industrial buildings with suspended cranes, and usually welded with steel tube (ST). The fatigue performance of steel tube-welded hollow spherical joint (ST-WHSJ) is however not yet well characterized, and there is little research on fatigue life prediction methods of ST-WHSJ. In this study, based on previous fatigue tests, three series of specimen fatigue data with different design parameters and stress ratios were compared, and two fatigue failure modes were revealed: failure at the weld toe of the ST and the WHSJ respectively. Then, S-N curves of nominal stress were uniformed. Furthermore, a finite element model (FEM) was validated by static test, and was introduced to assess fatigue behavior with the hot spot stress method (HSSM) and the effective notch stress method (ENSM). Both methods could provide conservative predictions, and these two methods had similar results. However, ENSM, especially when using von Mises stress, had a better fit for the series with a non- positive stress ratio. After including the welding residual stress and mean stress, analyses with the local stress method (LSM) and the critical distance method (CDM, including point method and line method) were carried out. It could be seen that the point method of CDM led to more accurate predictions than LSM, and was recommended for series with positive stress ratios.
Spiral spacing effect on axial compressive behavior of reinforced concrete filled steel tube (RCFST) stub column is experimentally investigated in this paper. A total of twenty specimens including sixteen square RCFST columns and four benchmarked conventional square concrete filled steel tube (CFST) columns are fabricated and tested. Test variables include spiral spacing (spiral ratio) and concrete strength. The failure modes, load versus displacement curves, compressive rigidity, axial compressive strength, and ductility of the specimens are obtained and analyzed. Especially, the effect of spiral spacing on axial compressive strength and ductility is investigated and discussed in detail. Test results show that heavily arranged spirals considerably increase the ultimate compressive strength but lightly arranged spirals have no obvious effect on the ultimate strength. In practical design, the effect of spirals on RCFST column strength should be considered only when spirals are heavily arranged. Spiral spacing has a considerable effect on increasing the post-peak ductility of RCFST columns. Decreasing of the spiral spacing considerably increases the post-peak ductility of the RCFSTs. When the concrete strength increases, ultimate strength increases but the ductility decreases, due to the brittleness of the higher strength concrete. Arranging spirals, even with a rather small amount of spirals, is an economical and easy solution for improving the ductility of RCFST columns with high-strength concrete. Ultimate compressive strengths of the columns are calculated according to the codes EC4 (2004), GB 50936 (2014), AIJ (2008), and ACI 318 (2014). The ultimate strength of RCFST stub columns can be most precisely evaluated using standard GB 50936 (2014) considering the effect of spiral confinement on core concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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