This paper presents the results of an experimental study on the residual behavior of reinforced recycled aggregate concrete (RRAC) beam-columns after exposure to elevated temperatures. Two parameters were considered in this test: (a) recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentages (i.e. 0, 30, 50, 70 and 100%); (b) high temperatures (i.e. 20, 200, 400, 600, and 800℃). A total of 25 RRAC short columns and 32 RRAC beams were conducted and subjected to different high temperatures for 1 h. After cooling down to ambient temperature, the following basic physical and mechanical properties were then tested and discussed: (a) surface change and mass loss ratio; (b) strength of recycled aggregate concrete (RAC) and steel subjected to elevated temperatures; (c) bearing capacity of beam-columns; (d) load-deformation curve. According to the test results, the law of performance degradation of RRAC beam-columns after exposure to high temperatures is analyzed. Finally, introducing the influence coefficient of RCA replacement percentage and high temperatures, respectively, to correct the calculation formulas of bearing capacity of beam-columns in Chinese Standard, and then the residual bearing capacity of RRAC beam-columns subjected elevated temperatures is calculated according to the modified formulas, the calculated results are in good agreement with the experimental results.
The reinforced concrete (RC) structures usually suffer large residual displacements under strong motions. The large residual displacements may substantially reduce the anti-seismic capacity of structures during the aftershock and increase the difficulty and cost of structural repair after an earthquake. To reduce the adverse residual displacement, several self-centering energy dissipation braces (SCEBs) have been proposed to be installed to the RC structures. To investigate the seismic responses of the RC structures with SCEBs under the earthquake excitation, an extended Bouc-Wen model with degradation and self-centering effects is developed in this study. The extended model realized by MATLAB/Simulink program is able to capture the hysteretic characteristics of the RC structures with SCEBs, such as the energy dissipation and the degradation, especially the self-centering effect. The predicted hysteretic behavior of the RC structures with SCEBs based on the extended model, which used the unscented Kalman filter (UKF) for parameter identification, is compared with the experimental results. Comparison results show that the predicted hysteretic curves can be in good agreement with the experimental results. The nonlinear dynamic analyses using the extended model are then carried out to explore the seismic performance of the RC structures with SCEBs. The analysis results demonstrate that the SCEB can effectively reduce the residual displacements of the RC structures, but slightly increase the acceleration.
In this paper, the cyclic behavior of steel beam-concrete encased steel (CES) column joints was investigated experimentally and numerically. Three frame middle joint samples with varying concrete slab widths were constructed. Anti-symmetrical low-frequency cyclic load was applied at two beam ends to simulate the earthquake action. The failure modes, hysteretic behavior, ultimate load, stiffness degradation, load carrying capacity degradation, displacement ductility and strain response were investigated in details. The three composite joints exhibited excellent seismic performance in experimental tests, showing high load-carrying capacity, good ductility and superior energy dissipation ability. All three joint samples reached their ultimate loads due to shear failure. Numerical results from ABAQUS modelling agreed well with the test results. Finally, the effect of the concrete slab on ultimate load was analyzed through a parametric study on concrete strength, slab thickness, as well as slab width. Numerical simulation showed that slab width and thickness played an important role in the load-carrying capacity of such joints. As a comparison, the influence of concrete grade was not significant.
It is necessary to better understand the effect of age-related degradation on the performance of reinforced concrete shear walls in nuclear power plants in order to ensure their structural safety in the event of earthquakes. Therefore, this paper studies seismic fragility of the typical shear wall in nuclear power plants under earthquake excitation Reinforced concrete shear wall is composed of wall, horizontal and vertical flanges. Due to characteristics of its geometry, it is difficult to predict the ultimate behavior of shear wall under earthquake excitation. In this study, for more realistic numerical simulation, the Latin Hyper-Cube (LHC) simulation technique was used to generate uncertain variables for the material properties of concrete shear walls. The effects of crack, characteristics of inelastic behavior of concrete, and loss of cross section were considered in the nonlinear finite element analysis. The effects of aging-related deterioration were investigated on the performance of reinforced concrete shear walls through analysis of undegraded concrete shear walls and degraded concrete shear walls. The resulting seismic fragility curves present the change of performance of concrete shear wall due to age-related degradation.
Habib Achache;Rachid Zahi;Djaafar Ait Kaci;Ali Benouis
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.2
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pp.135-147
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2024
The objective of this study is to analyze, using the finite element method, the durability of damaged and repaired structures under the effect of mechanical loading coupled with environmental conditions (water absorption and/or temperature). The study is based on the hybrid patch repair technique, considering several parameters based on the J integral to observe the behavior of the adhesive in transferring load from a damaged plate to the repair patch. The results clearly show that water absorption and increased temperature cause degradation of the mechanical properties of the adhesive, leading to an increase in its plasticization, which is beneficial for the assembly's strength. However, the degradation of the adhesive's properties due to aging in the repair results in poor load transfer from the damaged area to the patch. The findings of this study allowed the authors to conclude that the [0°]8 sequence consistently offers the best performance, with the lowest J integral values and superior crack resistance. The lowest the J integral for the [0°]8 stacking sequence is typically 3-7% lower than that of the [0/-45/45/90]S and [0/-45/90/45]S sequences at elevated temperatures. At 60℃, the J integral increases by approximately 3-6% compared to 40℃ and 20, depending on the aging duration and stacking sequences.
Novel biodegradable elastic hydrogels, based on hydrophilic and hydrophobic polymer blocks, were synthesized via the radical crosslinking reaction of diacrylates of poly(ethylene glycol) (PEG) and poly(${\varepsilon}-caprolactone$) (PCL). PEG and PCL diols were diacrylated with acryloyl chloride in the presence of triethylamine, with the reaction confirmed by FT-IR and $^1H-NMR$ measurements. The diacrylate polymers were used as building-blocks for the syntheses of a series of hydro gels, with different block compositions, by simply varying the feed ratios and molecular weights of the block components. The swelling ratio of the hydrogels was controlled by the balance between the hydrophilic and hydrophobic polymer blocks. Usually, the swelling ratio increases with increasing PEG content and decreasing block length within the network structure. The hydrogels exhibited negative thermo-sensitive swelling behavior due to the coexistence of hydrophilic and hydrophobic polymer components in their network structure, and such thermo-responsive swelling/deswelling behavior could be repeated using a temperature cycle, without any significant change in the swelling ratio. In vitro degradation tests showed that degradation occurred over a 3 to 8 month period. Due to their biodegradability, biocompatibility, elasticity and functionality, these hydrogels could be utilized in various biomedical applications, such as tissue engineering and drug delivery systems.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.9
no.5
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pp.527-533
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1999
Hertzian indentation tests with spherical indenters in water were conducted to examine the contact fatigue in three dental ceramics, such as feldspathic porcelain, micaceous glass-ceramic (MGC) and glass-infiltrated alumina, which was used as dental restorations, and evaluated the effect of contact damage on strength. Initial damage was dependent of microstructure, showing cone cracks of brittle behavior in the feldspathic porcelain and deformation of quasi-plastic behavior in the MGC, with an intermediate case in the glass-infiltrated alumina. However, as increasing the number of cyclic loading (n=1~n =$10^6$)all materials showed an abrupt strength degradation, at which fracture was originated from damage in the contact fatigue. There were two strength degradation with increasing the number of cyclic loading in specific loads (200N, 500N, 1000N):first was from the cone cracks, and second was from the radial cracks created by cyclic loading. The radial cracks, once formed, led to rapid degradation in strength properties, Finally the material was failed at the high number of cyclic loading. Strength degradation with indentation load at fixed number of cyclic loading indicated that the feldspathic porcelain should be highly damage tolerant to the contact fatigue.
Jang, Seo-Hyun;Han, Yusu;Hwang, Do Soon;Jung, Joo Won;Kim, Yeong K.
Composites Research
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v.33
no.5
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pp.268-274
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2020
This paper analyzed the degradation behaviors of silica nano epoxy composite based on the isoconversional method. The size of the silica nano particle was about 12 nm and the particles were mixed by three different weight ratios to make the degradation test samples. The thermogravimetric analyses were performed under six different temperature increase rates to measure the weight changes. Four different methods, Friedman, Flynn-Wall-Ozawa, Kissinger and DAEM (Distributed Activation Energy Method), were employed to calculate the activation energies depending on the conversion ratios, and their calculation results were compared. The results represented that the activation energy was increased when the silica nano particles were mixed up to 10%, indicating the definite contribution of the particles to the degradation behavior enhancements. However, the enhancement was not proportional to the particle mixture ratio by demonstrating the similar activation energies between 10% and 18% samples. The calculation results by the different methods were also compared and discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.11
s.170
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pp.2014-2021
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1999
The present investigation is concerned with the degradation characteristics of cast stainless steel(CF8M), exposed to the $\sigma$-phase degradation at $700^{\circ}C$. In the present paper, the degradation of CF8 M at $700^{\circ}C$ is evaluated by a non-destructive test, DL-EPR(double loop electrochemical potentiokinetic reactivation). The surface of specimens is observed by using scanning electron microscopy after DL-EPR test. Also. chromium contents of matrix, grain boundary and ferrite phase are analyzed by electron probe X-ray micro analyzer. Through the experiments, the following results are obtained 1) The degree of sensitization(DOS) of CF8M aged up to 15hr at $700^{\circ}C$ is increased with acing time while that is decreased with aging time from 15hr to 150hr. 2) The impact energy decreases with increase of $\sigma$-phase while DOS increases with $\sigma$-phase until aging time reaches to 15hr. After the aging time. 15hr, the $\sigma$-phase and the rate of impact energy with respect to aging time decreases. Therefore the degradation behavior of the CF8M can be evaluated by comparing SEM micrographs and the value of DOS.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.11
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pp.1979-1985
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2003
Fretting is a kind of surface degradation mechanism observed in mechanical components and structures. The fretting damage decreases in 50-70% of the plain fatigue strength. This may be observed in the fossil power plant and the nuclear power plant used in special environments and various loading conditions. The thermal degradation of material is observed when the heat resisting steel is exposed for long period time at the high temperature. In the present study, the degraded 1Cr-0.5Mo steel used for long period time at high temperature (about 515$^{\circ}C$) and artificially reheat-treated materials are prepared. These materials are used for evaluating an effect of thermal aging on the fretting fatigue behavior. Through the experiment, it is found that the fretting fatigue endurance limit of the reheat-treated 1Cr-0.5Mo steel decreased about 46% from the non-fretting fatigue endurance limit, while the fretting fatigue endurance limit of the degraded 1Cr-0.5Mo steel decreased about 53% from the non-fretting fatigue endurance limit. The maximum value of fatigue endurance limit difference is observed as 57%(244 MPa) between the fretting fatigue of degraded material and non-fretting fatigue of reheat-treated material. These results can be a basic data to a structural integrity evaluation of heat resisting steel considered to thermal degradation effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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