A 3D discrete element model integrating the rough surface contact concept with the flat-joint model is suggested to examine the mechanical characteristics of the interfacial transition zone (ITZ) in concrete. The essential components of our DEM procedure include the calculation of the actual contact area in an element contact-pair related to the bonded factor using a Gaussian probability distribution of asperity height, as well as the determination of the contact probability-relative displacement form using the least square method for further computing the force-displacement of ITZs. The present formulations are implemented in MUSEN, an open source development environment for discrete element analysis that is optimized for high performance computation. The model's meso-parameters are calibrated by using uniaxial compression and splitting tensile simulations, as well as laboratory tests of concrete from the literature. The present model's DEM predictions accord well with laboratory experimental tests of pull-out concrete specimens published in the literature.
In this research, the value of consolidation index was investigated. The range of the investigated standard deviation was analyzed and the deviation based settlement was calculated. Also, the compression index, which is the effect of the uncertainty in the ground was analyzed using the flimsy ground construction method. The settlement behavior in each embankment compaction stage was analyzed by applying the precompression load method, drainage expediting method, and displacement method through numerical analysis. In addition to the above, the settlement behavior was studied by analyzing the Piled Raft method which is stable for long term settlement. As a result, the final settlement amount based on average analysis results was that the settlement based on each of the average interpretation value, mean value of the maximum and minimum value and average compression index was different. The result of the comparison shows the difference in variation coefficient by the difference in time. Amongst them, the Piled Raft method shows the most consistent variation coefficient regardless of time and it also was least affected by the compression index of uncertainty.
Huang, Zhi;Jiang, Li-Zhong;Chen, Y. Frank;Luo, Yao;Zhou, Wang-Bao
Steel and Composite Structures
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v.26
no.6
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pp.719-731
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2018
Concrete filled steel tubular (CFST) laced columns have been widely used in high rise buildings in China. Compared to solid-web columns, this type of columns has a larger cross-section with less weight. In this paper, four concrete filled steel tubular laced columns consisting of 4 main steel-concrete tubes were tested under cyclic loading. Hysteresis and failure mechanisms were studied based on the results from the lateral cyclic loading tests. The influence of each design parameter on restoring forces was investigated, including axial compression ratio, slenderness ratio, and the size of lacing tubes. The test results show that all specimens fail in compression-bending-shear and/or compression-bending mode. Overall, the hysteresis curves appear in a full bow shape, indicating that the laced columns have a good seismic performance. The bearing capacity of the columns decreases with the increasing slenderness ratio, while increases with an increasing axial compression ratio. For the columns with a smaller axial compression ratio (< 0.3), their ductility is increased. Furthermore, with the increasing slenderness ratio, the yield displacement increases, the bending failure characteristic is more obvious, and the hysteretic loops become stouter. The results obtained from the numerical analyses were compared with the experimental results. It was found that the numerical analysis results agree well with the experimental results.
This paper presents some quasi-static tests for 4 mixed columns composed of CFST column and RC column. The seismic performance and failure mode were studied under low-cyclic revised loading. The failure mode was observed under different axial compression ratios. The hysteretic curve and skeleton curve were obtained. The effects of axial compression ratio on yield mechanism, displacement ductility, energy dissipation, stiffness and strength attenuation were analyzed. The results indicate that the failure behavior of CFST-RC mixed column with archaized style is mainly caused by bending failure and accompanied by some shear failure. The axial compression ratio performs a control function on the yielding order of the upper and lower columns. The yielding mechanism has a great influence on the ductility and energy dissipation capacity of specimens. Based on the experiment, finite element analysis was made to further research the seismic performance by ABAQUS software. The variable parameters were stiffness ratio of upper and lower columns, axial compression ratio, yielding strength of steel tube, concrete strength and rebar ratio. The simulation results show that with the increase of stiffness ratio of the upper and lower columns, the bearing capacity and ductility of specimens can correspondingly increase. As the axial compression ratio increases, the ductility of the specimen decreases gradually. The other three parameters both have positive effect on the bearing capacity but have negative effect on the ductility. The results can provide reference for the design and engineering application of mixed column consisted of CFST-RC in Chinese archaized buildings.
Compression experiments were conducted to investigate the compressive behavior of built-up open-section columns consisting of four cold-formed steel channels (BOCCFSs) of different lengths, thicknesses, and cross-section sizes (OB90 and OB140). The load-displacement curves, failure modes, and maximum compression strength values were analyzed in detail. The tests showed that the failure modes of the OB90 specimens transformed from a large deformation concentration induced by local buckling to flexural buckling with the increase in the slenderness ratio. The failure modes of all OB140 specimens were deformation concentration, except for one long specimen, whose failure mode was flexural buckling. When the slenderness ratios of the specimens were less than 55, the failure modes were controlled by local buckling. Finite element models were built using ABAQUS software and validated to further analyze the mechanical behavior of the BOCCFSs. A parametric study was conducted and used to explore a wide design space. The numerical analysis results showed that when the screw spacing was between 150 mm and 450 mm, the difference in the maximum compression strength values of the specimens was less than 4%. The applicability and effectiveness of the design methods in Chinese GB50018-2002 and AISI-S100-2016 for calculating the compression strength values of the BOCCFSs were evaluated. The prediction methods based on the assumptions produced predictions of the strength that were between 33% to 10% conservative as compared to the tests and the finite element analysis.
To study the mechanical properties of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube columns under eccentric compression loads, this study presents a finite element model which can simulate the eccentrically compressed columns using ABAQUS software. The analytical model was established by selecting the reasonable nonlinear analysis theory and the constitutive relationship of materials in the columns. The influences of design parameters on the eccentric compressive performance of columns were also considered in detail, such as the diameter-thickness ratio of circular steel tube, replacement percentage of recycled coarse aggregate (RCA), slenderness ratio, eccentricity, recycled aggregate concrete (RAC) strength and steel strength and so on. The deformation diagram, stress nephogram and load-displacement curves of the eccentrically compressed columns were obtained and compared with the test results of specimens. The results show that although there is a certain error between the calculation results and the test results, the error is small, which shows the rationality on the numerical model of eccentrically compressed columns. The failure of the columns is mainly due to the symmetrical bending of the columns towards the middle compression zone, which is a typical compression bending failure. The eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns increase with the increase of the strength of steel tube and profile steel respectively. Compared with profile steel, the strength of steel tube has a greater influence on the eccentric compressive performance of columns. Improving the strength of RAC is beneficial to the eccentric bearing capacity of columns. In addition, the eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns decrease with the increase of replacement percentage of RCA. The section form of profile steel has little influence on the eccentric compression performance of columns. On this basis, the calculation formulas on the nominal eccentric bearing capacity of columns were also put forward and the results calculated by the proposed formulas are in good agreement with the test values.
Experiments were performed to explore the hysteretic performance of steel reinforced concrete (SRC) cross-shaped columns. Nine specimens were designed and tested under the combined action of compression, flexure, shear and torsion. Torsion-bending ratio (i.e., 0, 0.14, 0.21) and steel forms (i.e., Solid - web steel, T - shaped steel, Channel steel) were considered in the test. Both failure processes and modes were obtained during the whole loading procedure. Based on experimental data, seismic indexes, such as bearing capacity, ductility and energy dissipation were investigated in detail. Experimental results suggest that depending on the torsion-bending ratio, failure modes of SRC cross-shaped columns are bending failure, flexure-torsion failure and torsion-shear failure. Shear - displacement hysteretic loops are fuller than torque - twist angle hysteretic curves. SRC cross-shaped columns exhibit good ductility and deformation capacity. In the range of test parameters, the existence of torque does not reduce the shear force but it reduces the displacement and bending energy dissipation capacity. What is more, the bending energy dissipation capacity increases with the rising of displacement level, while the torsion energy dissipation capacity decreases.
Force-deformation modelling of cracked reinforced concrete is essential for a displacement-based seismic assessment of structures and can be achieved by fibre-element analysis of the cross-section of the major lateral resisting elements. The non-linear moment curvature relationship obtained from fibre-element analysis takes into account the significant effects of axial pre-compression and contributions by the longitudinal reinforcement. Whilst some specialised analysis packages possess the capability of incorporating fibre-elements into the modelling (e.g., RESPONSE 2000), implementation of the analysis on EXCEL is illustrated in this paper. The outcome of the analysis is the moment-curvature relationship of the wall cross-section, curvature at yield and at damage control limit states specified by the user. Few software platforms can compete with EXCEL in terms of its transparencies, versatility and familiarity to the computer users. The program has the capability of handling arbitrary cross-sections that are without an axis of symmetry. Application of the program is illustrated with examples of typical cross-sections of structural walls. The calculated limiting curvature for the considered cross-sections were used to construct displacement profiles up the height of the wall for comparison with the seismically induced displacement demand.
A series of Brazilian tests under diameter compression for disc specimens was carried out to investigate the strength and failure behavior by using acoustic emission (AE) and photography monitoring technique. On the basis of experimental results, load-displacement curves, AE counts, real-time crack evolution process, failure modes and strength property of granite specimens containing two pre-existing holes were analyzed in detail. Two typical types of load-displacement curves are identified, i.e., sudden instability (type I) and progressive failure (type II). In accordance with the two types of load-displacement curves, the AE events also have different responses. The present experiments on disc specimens containing two pre-existing holes under Brazilian test reveal four distinct failure modes, including diametrical splitting failure mode (mode I), one crack coalescence failure mode (mode II), two crack coalescences failure mode (mode III) and no crack coalescence failure mode (mode IV). Compared with intact granite specimen, the disc specimen containing two holes fails with lower strength, which is closely related to the bridge angle. The failure strength of pre-holed specimen first decreases and then increases with the bridge angle. Finally, a preliminary interpretation was proposed to explain the strength evolution law of granite specimen containing two holes based on the microscopic observation of fracture plane.
Park, Sung-Hwan;Park, Yong-Ho;Lee, Ji-Min;Kim, Jong-Shik
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.12
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pp.75-81
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2008
A robust controller is proposed for regulating effectively the pressure of control cylinder of swash plate type variable displacement axial piston pump. In order to design a precise and robust pressure control system, a mathematical model for swash plate control system is identified by the signal compression method. Based on the identified mathematical model, an $H_{\infty}$ robust swash plate controller is designed which is robust to the variation of the load pressure. The precise and robust swash plate control characteristics are verified by experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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