This investigation presents an analysis procedure for simulating the compressive behavior of a rectangular concrete column confined by fiber-reinforced plastic (FRP) under uniaxial load. That is, the entire stress-strain curve can be drawn through the present analysis procedure. The modified Mander's stress-strain model (Mander, et al. 1988) and finite element method are adopted in this analysis procedure. The numerical analysis results are compared with the experimental results to verify the accuracy of the analysis procedure. This study offers a useful analysis procedure of researching the compressive behavior of rectangular concrete columns confined by FRP. Two main parameters, the number of FRP layers and the radius of the round corners of a rectangular column, are investigated. The numerical results show that non-uniform stresses occur and reduce the sectional effective area owing to the geometry of the confined rectangular column. The stresses are concentrated at the corners of the rectangular column. Compressive strength of a rectangular column increases greatly because the number of FRP layers increase. The maximum predicted compressive stress of the rectangular column has approximately 10% error as compared to the experimental results. Comparing the numerical and experimental results demonstrates that the accuracy of this analysis procedure is credible. Besides, the stress-strain curves of the R30 models, which are rectangular concrete column with large radius of round corners, are almost bilinear. This calculated results conform to the expectation and show the present analysis procedure are more suitable than Mander's model (1988) to analyze the compressive behavior of the rectangular concrete column confined by FRP.
The confined concrete stress-strain curves utilised in computational models of concrete-filled steel tubular (CFST) columns can have a significant influence on the accuracy of the predicted behaviour. A generic model is proposed for predicting the stress-strain behaviour of confined concrete in short circular, elliptical and octagonal CFST columns subjected to axial compression. The finite element (FE) analysis is carried out to simulate the concrete confining pressure in short circular, elliptical and octagonal CFST columns. The concrete confining pressure relies on the geometric and material parameters of CFST columns. The post-peak behaviour of the concrete stress-strain curve is determined using independent existing experimental results. The strength reduction factor is derived for predicting the descending part of the confined concrete behaviour. The fibre element model is developed for the analysis of circular, elliptical and octagonal CFST short columns under axial loading. The FE model and fibre element model accounting for the proposed concrete confined model is verified by comparing the computed results with experimental results. The ultimate axial strengths and complete axial load-strain curves obtained from the FE model and fibre element model agree reasonably well with experimental results. Parametric studies have been carried out to examine the effects of important parameters on the compressive behaviour of short circular, elliptical and octagonal CFST columns. The design model proposed by Liang and Fragomeni (2009) for short circular, elliptical and octagonal CFST columns is validated by comparing the predicted results with experimental results.
Naghavi K., Zahra;Mortazavi, Seyed B.;Asilian M., Hassan;Hajizadeh, Ebrahim
Safety and Health at Work
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v.10
no.3
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pp.305-313
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2019
Background: The oil and gas industry is one of the riskiest industries for confined space injuries. This study aimed to understand an overall picture of the causal factors of confined space accidents through analyzing accident reports and the use of a qualitative approach. Methods: Twenty-one fatal occupational accidents were analyzed according to the Human Factors Analysis and Classification System approach. Furthermore, thirty-three semistructured interviews were conducted with employees in different roles to capture their experiences regarding the contributory factors. The content analyses of the interview transcripts were conducted using MAXQDA software. Results: Based on accident reports, the largest proportions of causal factors (77%) were attributed to the organizational and supervisory levels, with the predominant influence of the organizational process. We identified 25 contributory factors in confined space accidents that were causal factors outside of the original Human Factors Analysis and Classification System framework. Therefore, modifications were made to deal with factors outside the organization and newly explored causal factors at the organizational level. External Influences as the fifth level considered contributory factors beyond the organization including Laws, Regulations and Standards, Government Policies, Political Influences, and Economic Status categories. Moreover, Contracting/Contract Management and Emergency Management were two extra categories identified at the organizational level. Conclusions: Preventing confined space accidents requires addressing issues from the organizational to operator level and external influences beyond the organization. The recommended modifications provide a basis for accident investigation and risk analysis, which may be applicable across a broad range of industries and accident types.
The strength models for fiber-reinforced polymer (FRP)-confined normal strength concrete (NC) cylinders available in the literature have been suggested based on small databases using limited variables of such structural members portraying less accuracy. The artificial neural network (ANN) is an advanced technique for precisely predicting the response of composite structures by considering a large number of parameters. The main objective of the present investigation is to develop an ANN model for the axial strength of FRP-confined NC cylinders using various parameters to give the highest accuracy of the predictions. To secure this aim, a large experimental database of 313 FRP-confined NC cylinders has been constructed from previous research investigations. An evaluation of 33 different empirical strength models has been performed using various statistical parameters (root mean squared error RMSE, mean absolute error MAE, and coefficient of determination R2) over the developed database. Then, a new ANN model using the Group Method of Data Handling (GMDH) has been proposed based on the experimental database that portrayed the highest performance as compared with the previous models with R2=0.92, RMSE=0.27, and MAE=0.33. Therefore, the suggested ANN model can accurately capture the axial strength of FRP-confined NC cylinders that can be used for the further analysis and design of such members in the construction industry.
The present paper investigates the curvature ductility of confined reinforced concrete (RC) beams with normal (NSC) and high strength concrete (HSC). For the purpose of predicting the curvature ductility factor, an analytical model was developed based on the equilibrium of internal forces of confined concrete and reinforcement. In this context, the curvatures were calculated at first yielding of tension reinforcement and at ultimate when the confined concrete strain reaches the ultimate value. To best simulate the situation of confined RC beams in flexure, a modified version of an ancient confined concrete model was adopted for this study. In order to show the accuracy of the proposed model, an experimental database was collected from the literature. The statistical comparison between experimental and predicted results showed that the proposed model has a good performance. Then, the data generated from the validated theoretical model were used to train the artificial neural network (ANN) prediction model. The R2 values for theoretical and experimental results are equal to 0.98 and 0.95, respectively which proves the high performance of the ANN model. Finally, a parametric study was implemented to analyze the effect of different parameters on the curvature ductility factor using theoretical and ANN models. The results are similar to those extracted from experiments, where the concrete strength, the compression reinforcement ratio, the yield strength, and the volumetric ratio of transverse reinforcement have a positive effect. In contrast, the ratio and the yield strength of tension reinforcement have a negative effect.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1994.10a
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pp.301-305
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1994
Experimental research was carried out to investigate the confinement effect of concrete specimens confined by single spirals subjected to the concentric axial compressive load. Main variables are the compressive strength of concrete, the spacing of the spiral reinforcement and the yield strength of the spiral reinforcement. Axial stress-strain curves are reported.
Kim, Hyunchul;Kim, In-Tae;Kim, Sanghyun;Kwon, Soo Yeon
Journal of Navigation and Port Research
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v.43
no.6
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pp.369-376
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2019
Ship hydrodynamics in the confined waterways is challenging. When a ship is maneuvering in confined waterways, the hydrodynamic behavior may vary significantly because of the hydrodynamic interaction between the bottom of the ship hull and the seabed, or so-called shallow water effects. Thus, an accurate prediction of shallow water and bank effects is essential to minimizing the risk of the collision and the grounding of the ships. The hydrodynamic derivatives measured by the virtual captive model test provide a path to predicting the change in ship maneuverability. This paper presents a numerical simulation of captive model tests to predict the maneuverability of a ship in confined waterways. Also, straight and zig-zag simulation were conducted to predict the trajectory of a ship maneuvering in confined waterways. The results showed that the asymmetric flow around a ship induced by vicinity of banks causes pressure differences between the port and starboard sides and the trajectory of a ship maneuvering in confined waterways.
Woon Sang Yoon;Yoosung Kim;Hyeongjin Jeon;Yoonho Song;Changhyun Lee
The Journal of Engineering Geology
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v.34
no.2
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pp.217-228
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2024
During deep drilling, confined aquifers can present various challenges such as the inability to remove cuttings, rapid groundwater influx, and mud loss. Particularly in flowing well conditions, it is essential to apply the suitable mud density since the aquifer can generates an overpressurized condition. This paper proposes a method for determining the suitable mud density while drilling (SMD) through confined aquifers using mud window analysis and applies it to a case study. The minimum mud density at each depth, which represents the lower limit of the mud window, is determined by the equivalent mud density pore pressure gradient (or by adding a trip margin) at that depth. The pore pressure gradient of a confined aquifer can be calculated using the piezometric level or well head pressure of the aquifer. As the borehole reaches the confined aquifer, there is a significant increase in pore pressure gradient, which gradually decreases with increasing depth. The SMD to prevent a kick can be determined as the maximum value among the minimum mud densities in the open hole section. After entering the confined aquifer, SMD is maintained as the minimum mud density at the top of the aquifer during the drilling of the open hole section. Additionally, appropriate casing installation can reduce the SMD, minimizing the risk of mud loss or invasion into the highly permeable aquifer.
An analytical model was developed for predicting the pullout behavior of straight beam longitudinal bars anchored at exterior beam-column connections. The model incorporates a local bond constitutive simulation capable of considering the effects of anchored bar diameter, yield strength and the spacing, concrete compressive strength, and column pressure on the bond characteristics of deformed bars in confined conditions of exterior joints. The analytical techniques adopted in this study were shown to satisfactorily predict the results of pullout tests on straight bars embedded in confined concrete specimens. An evaluation of the ACI-ASCE Committee 352 development length requirements in exterior joint conditions was made using the developed analytical approach. The results of this analytical evaluation are indicative of the conservatism of the current development length requirements in the confined conditions of exterior joints.
Park, Jai-Woo;Hong, Young-Kyun;Hong, Gi-Soup;Choi, Sung-Mo
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.5
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pp.61-71
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2009
This paper presents the results of an experiment comparing the current circular CFT columns and circular CFT columns that were additionally confined by carbon fiber sheets (CFS) under axial loading. The main experimental parameters are the numbers of CFS layers and the diameter-to-thickness ratio. 10 specimens were prepared according to the experimental parameter plans, and axial compression tests were conducted. From the tests, the failure procedure, load-axial deformation curve, maximum axial strength, and deformation capacity of the CFT columns and confined CFT columns were compared. The test results showed that the maximum axial strengths of CFT columns additionally confined by CFS are increased higher than those of the current CFT columns, and that local buckling can be delayed due to the confinement effect of CFS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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