Zhao, Xianzhong;Tian, Yafeng;Jia, Liang-Jiu;Zhang, Tao
Steel and Composite Structures
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제26권4호
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pp.439-452
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2018
This paper presents experimental and numerical study on buckling behaviors and hysteretic performance of Class 1 H-shaped steel beam subjected to cyclic pure bending within the scope of ultra-low cycle fatigue (ULCF). A loading device was designed to achieve the pure bending loading condition and 4 H-shaped specimens with a small width-to-thickness ratio were tested under 4 different loading histories. The emphasis of this work is on the impacts induced by local buckling and subsequent ductile fracture. The experimental and numerical results indicate that the specimen failure is mainly induced by elasto-plastic local buckling, and is closely correlated with the plastic straining history. Compared with monotonic loading, the elasto-plastic local buckling can occur at a much smaller displacement amplitude due to a number of preceding plastic reversals with relative small strain amplitudes, which is mainly correlated with decreasing tangent modulus of the material under cyclic straining. Ductile fracture is found to be a secondary factor leading to deterioration of the load-carrying capacity. In addition, a new ULCF life evaluation method is proposed for the specimens using the concept of energy decomposition, where the cumulative plastic energy is classified into two categories as isotropic hardening and kinematic hardening correlated. A linear correlation between the two energies is found and formulated, which compares well with the experimental results.
Diagonally reinforced concrete coupling beams (DRCB) play an important role in coupled shear wall systems since these elements dissipate most of seismic input energy under earthquake loading. For reliable seismic performance evaluation using nonlinear response history analysis, it is important to use an accurate analytical model for DRCBs. In this study, the Pinching4 model is used as a base model to simulate the cyclic behavior of DRCBs. For simulating the cyclic behavior of DRCBs using the Pinching4 model, the analytical parameters for backbone curve, pinching and cyclic deterioration in strength and stiffness should be computed. To determine the proper values of the constituent analytical parameters efficiently and accurately, this study proposes the empirical equations for the analytical parameters using regression analyses. It is shown that the hysteretic behavior of coupling beams can be simulated efficiently and accurately using the proposed numerical model with the proposed empirical equations of model parameters.
Though extensive research has been carried out for the ultimate strength of steel reinforced concrete (SRC) members under static and cyclic load, there was only limited information on the applied analysis models. Modeling of the inelastic response of SRC members can be accomplished by using a microcosmic model. However, generally used microcosmic model, which usually contains a group of parameters, is too complicated to apply in the nonlinear structural computation for large whole buildings. The intent of this paper is to develop an effective modeling approach for the reliable prediction of the inelastic response of SRC columns. Firstly, five SRC columns were tested under cyclic static load and constant axial force. Based on the experimental results, normalized trilinear skeleton curves were then put forward. Theoretical equation of normalizing point (ultimate strength point) was built up according to the load-bearing mechanism of RC columns and verified by the 5 specimens in this test and 14 SRC columns from parallel tests. Since no obvious strength deterioration and pinch effect were observed from the load-displacement curve, hysteresis rule considering only stiffness degradation was proposed through regression analysis. Compared with the experimental results, the applied analysis model is so reasonable to capture the overall cyclic response of SRC columns that it can be easily used in both static and dynamic analysis of the whole SRC structural systems.
This paper aims to investigate the seismic behavior and influence parameters of the large-scaled thin-walled reinforced concrete (RC) tubular columns in air-cooled supporting structures of thermal power plants (TPPs). Cyclic loading tests and finite element analysis were performed on 1/8-scaled specimens considering the influence of wall diameter ratio, axial compression ratio, longitudinal reinforcement ratio, stirrup reinforcement ratio and adding steel diagonal braces (SDBs). The research results showed that the cracks mainly occurred on the lower half part of RC tubular columns during the cyclic loading test; the specimen with the minimum wall diameter ratio presented the earlier cracking and had the most cracks; the failure mode of RC tubular columns was large bias compression failure; increasing the axial compression ratio could increase the lateral bearing capacity and energy dissipation capacity, but also weaken the ductility and aggravate the lateral stiffness deterioration; increasing the longitudinal reinforcement ratio could efficiently enhance the seismic behavior; increasing the stirrup reinforcement ratio was favorable to the ductility; RC tubular columns with SDBs had a much higher bearing capacity and lateral stiffness than those without SDBs, and with the decrease of the angle between columns and SDBs, both bearing capacity and lateral stiffness increased significantly.
This paper presents the experimental investigations on the seismic performance of a peculiar steel-concrete vertical hybrid structural system referred to as steel truss-RC tubular column hybrid structure. It is typically applied as the supporting structural system to house air-cooled condensers in thermal power plants (TPPs). Firstly, pseudo-dynamic tests (PDTs) are performed on a scaled substructure to investigate the seismic performance of this hybrid structure under different hazard levels. The deformation performance, deterioration behavior and energy dissipation characteristics are analyzed. Then, a cyclic loading test is conducted after the final loading case of PDTs to verify the ultimate seismic resistant capacity of this hybrid structure. Finally, the failure mechanism is discussed through mechanical analysis based on the test results. The research results indicate that the steel truss-RC tubular column hybrid structure is an anti-seismic structural system with single-fortification line. RC tubular columns are the main energy dissipated components. The truss-to-column connections are the structural weak parts. In general, it has good ductile performance to satisfy the seismic design requirements in high-intensity earthquake regions.
비선형(非線形) 동적하중하(動的荷重下)에서 철근 콘크리트 부재의 이역학동(履歷學動) 응답(應答)을 재생(再生)키 위하여 Roufaiel and Meyer의 이역거동(履歷擧動)모델을 수정 향상시키었다. 본(本) 수정된 모델은 비탄성구간(非彈性區間) 즉, 강복강도(降伏强度)를 넘는 부재에서 발생하는 소성영역(塑性領域)을 고려하였으며 비탄성동적하중하(非彈性動的荷重下)에서의 강성(剛性) 및 강도(强度)저하 현상, 전단력 및 축방향하중의 영향(影響) 등을 모의 모형화하였다. 특히 강도(强度)감소 현상의 모델링 방법은 본(本) 연구(硏究)에서 특기할 사항이다. 제시된 모델의 정확성(正確性)은 많은 실험적인 하중(荷重)-변형(變形)곡선을 수리적(數理的)으로 재생(再生)하여 비교분석(比較分析)함으로써 입증(立證)하였다.
The anodic behavior of aluminum (Al) foils with varying purity, capacitance, and withstand voltage in organic electrolytes was examined for EDLC. The results of cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA) experiments showed that the electrochemical stability improves when Al foil has higher purity, lower capacitance, and higher withstand voltage. To improve the electrochemical stability of EDLC current collectors made of low-purity foil (99.4% Al foil), the foil was modified by chemical etching to reduce its capacitance to $60{\mu}F/cm^2$ and forming to have withstand a voltage of 3 Vf. EDLC cells using the modified Al foil as a current collector were made to 2.7 V with 360 F, and a constant voltage load test was subsequently performed for 2500 hours at high temperature under a rated voltage of 2.7 V. The reliability and stability of the EDLC cell improved when the modified Al foil was used as a current collector. To understand the deterioration process of the Al current collector, standard cells made of conventional Al foil under a constant voltage load test were disassembled, and the surface changes of the foil were measured every 500 hours. The Al foil became increasingly corroded, causing the adhesion between the AC coating layer and the Al foil to weaken, and it was confirmed that partial AC coating layer peeling occurred.
Roller compacted concrete (RCC) used in the island reef airport runway will be subjected to the coupling actions of the fatigue impacts and the salt spray cycles, which will accelerate the deterioration of runway concrete and even threaten the flight safety. A cyclic impact testing machine and a climatic chamber were used to simulate the low-velocity fatigue impact and the salt spray cycles, respectively. The physical properties, the microstructures and the porosity of RCC were investigated. The results show the flexural strength firstly increases and then decreases with the increase of the fatigue impacts and the salt spray cycles. However, the decrease in the flexural strength is significantly earlier than the compressive strength of RCC only subjected to the salt spray cycles. The chlorine, sulfur and magnesium elements significantly increase in the pores of RCC subjected to 30000 fatigue impacts and 300 salt spray cycles, which causes the decrease in the porosity of RCC. The coupling effects of the fatigue impacts and the salt spray cycles in the later period accelerates the deterioration of RCC.
Earthquake resistant R/C frame structures are generally designed to prevent the columns from plastic hinging. R/C columns under higher axial load or strong earthquake showed a brittle behavior due to the deterioration of strength and stiffness degradation. An experimental study was conducted to examine the behavior and to find the relationship between amounts of lateral reinforcements and compressive strength of ten R/C column specimens subjected to reversed cyclic lateral load and higher axial load. Test results are follows : An increase in the amount of lateral reinforcement results in a significant improvement in both ductility and energy dissipation capacities of columns. R/C columns with sub-tie provide the improved ductility capacity than those with closely spaced lateral reinforcement only. While the load resisting capacity of the high strength R/C columns is higher than the normal strength concrete columns under both an identical ratio of lateral reinforcement, however the ductility capacity of high strength R/C columns is decreased considerably. Therefore, the amounts of lateral reinforcement must be designed carefully to secure the sufficient ductility and economic design of HSC columns under higher axial load.
Columns in existing reinforced concrete structures that are designed and constructed without considering seismic loads generally exhibit widely spaced transverse reinforcements without using seismic hooks. Due to the insufficient reinforcement details in columns compared to the reinforcement requirements specified in modern seismic codes, brittle shear failure is likely to occur. This may lead to sudden collapse of entire structure during earthquakes. Adequate retrofit strategy is required for these columns to avoid such catastrophic event. In order to do so, behavior of columns in existing reinforced concrete structures should be accurately predicted through computational analysis. In this study, an analytical model is proposed for accurately simulating the cyclic behavior of shear critical columns. The parameters for backbone, as well as pinching and cyclic deterioration in strength and stiffness are calibrated using test data of column specimens failed by shear.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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