Dai, Peng;Yang, Lu;Wang, Jie;Ning, Keyang;Gang, Yi
Steel and Composite Structures
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v.42
no.1
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pp.91-106
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2022
Concrete-filled square stainless steel tubes (CFSSST), which possess relatively large flexural stiffness, high corrosion resistance and require simple joint configurations and low maintenance cost, have a great potential in constructional applications. Despite that the use of stainless steel may result in high initial cost compared to their conventional carbon steel counterparts, the whole-life cost of CFSSST is however considered to be lower, which offers a competitive choice in engineering practice. In this paper, a comprehensive experimental and numerical program on 24 CFSSST stub column specimens, including 3 austenitic and 3 duplex stainless steel square hollow section (SHS) stub columns and 9 austenitic and 9 duplex CFSSST stub columns, has been carried out. Finite element (FE) models were developed to be used in parametric analysis to investigate the influence of the tube thickness and concrete strength on the ultimate capacities more accurately. Comparisons of the experimental and numerical results with the predictions made by design guides ACI 318, ANSI/AISC 360, Eurocode 4 and GB 50936 have been performed. It was found that these design methods generally give conservative predictions to the ultimate capacities of CFSSST stub columns. Improved calculation methods, developed based on the Continuous Strength Method, have been proposed to provide more accurate estimations of the ultimate resistances of CFSSST stub columns. The suitability of these proposals has been validated by comparison with the test results, where a good agreement between the predictions and the test results have been achieved.
Mona M. Fawzy;Fattouh M. F. Shaker;Alia M. Ayyash;Mohamed M. Salem
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.1-13
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2024
The objective of this research is to study experimentally and numerically the behavior of steel beam columns with openings. Although the presence of openings in the beam columns is inevitable, finding ways to maintain strength is crucial. The studied parameters are opening shape, the ratio between opening height to specimen height, the percentage of opening location from support to beam column length, and web slenderness. Experimental tests are conducted including twelve specimens to study the effect of these parameters and record failure load, load deflection curve, and stress strain curve. Two failure modes are observed: local and flexural buckling. Interaction curves plotted from finite element model analysis are also used to expand the parametric study. Changing the location of the opening can decrease failure load by up to 7% and 60% in both normal and moment ratios respectively. Increasing the opening dimension can lead to a drop in the axial ratio by up to 29% and in the moment ratio by up to 74%. The weakest beam column behavior is noticed in specimens with rectangular openings which results from uneven and concentrated stresses around the opening. The main results of this research illustrate that the best location for opening is at 40% - 50% from beam column support. Also, it is advisable to use circular openings instead of rectangular openings in specimens having slender webs because moment ratios are raised by 85% accompanied by a rise in normal ratios by 9%.
In this paper, the acoustic performance of an absorptive silencer was enhanced by optimizing an arrangement of multi-layered absorbing materials. The acoustic performance of the silencer was evaluated through transmission loss, and finite element method-based numerical analysis program was employed to calculate the transmission loss. Polyurethane, a porous elastic material frequently used in absorptive silencers, was employed as the absorbing material. The Biot-Allard model was applied, assuming that air is filled inside the polyurethane. By setting the frequency range of interest up to the 2 kHz and the acoustic performance affecting properties of the absorbing materials were investigated when it was composed as a single layer. And the acoustic performance of the silencers with the single and multi-layered absorbing materials was compared with each other based on polyurethane material properties. Subsequently, the arrangement of the absorbing materials was optimized by applying the Nelder-Mead method. The results demonstrated that the average transmission loss improved compared to the single-layered absorptive silencer.
Kim, Ho-Jin;Nam, Jin-Won;Kim, Sung-Bae;Kim, Jang-Ho;Byun, Keun-Joo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.19
no.2
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pp.241-250
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2007
In case of retrofitting a concrete structure subjected to blast load by using retrofit materials such as FRP (fiber-reinforced polymer), appropriate ductility as well as raising stiffness must be obtained. But the previous approximate and simplified models, which have been generally used in the design and analysis of structures subjected to blast load, cannot accurately consider effects on retrofit materials. Problems on the accuracy and reliability of analysis results have also been pointed out. In addition, as the response of concrete and reinforcement on dynamic load is different from that on static load, it is not appropriate to use material properties defined in the previous static or quasi-static conditions to in calculating the response on the blast load. In this study, therefore, an accurate HFPB (high fidelity physics based) finite element analysis technique, which includes material models considering strength increase, and strain rate effect on blast load with very fast loading velocity, has been suggested using LS-DYNA, an explicit analysis program. Through the suggested analysis technique, the behavior on the blast load of retrofitted concrete walls using CFRP (carbon fiber-reinforced polymer) and GFRP (glass fiber-reinforced polymer) have been analyzed, and the retrofit capacity analysis has also been carried out by comparing with the analysis results of a wall without retrofit. As a result of the analysis, the retrofit capacity showing an approximate $26{\sim}28%$ reduction of maximum deflection, according to the retrofit, was confirmed, and it is judged ate suggested analysis technique can be effectively applicable in evaluating effectiveness of retrofit materials and techniques.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.3
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pp.303-314
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2010
A study for the nonlinear analysis method of prestressed concrete(PSC) girders with external tendons is presented. The PSC girders with external tendons show the complex nonlinear behavior due to the slip of external tendons at deviator and the change of eccentricity between the girders and external tendons. The external tendon between anchorage-deviator or deviator-deviator is modeled as an assemblage of the curved elements. The slip effect of the external tendon at deviator is taken into account using the force equilibrium relationship between the friction force and the driving force at each deviator. The finite element model and analysis method of the external tendon suggested herein are integrated in the nonlinear analysis program of segmentally erected PSC frames developed by the authors. The proposed analysis method is verified through the comparison of the analysis and experimental results obtained from other investigators. From the ultimate analysis results of PSC beams with external tendons having different number of deviators, the yielding and ultimate loads of PSC beams found to be increased as the number of deviators are increased. In addition, the ultimate capacity of the PSC beam increases according to the increase of friction coefficient between deviator and external tendon, whereas found to decease over the certain value of friction due to the effect of the moment transmitted to the member by the friction force exerted from the external tendon.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.2D
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pp.237-245
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2011
Asphalt Plug Joint(APJ) is a new type of expansion joint that it's application are increased in USA as well as several European countries. APJ's' advantages are cheap construction and maintenance costs, and simple construction and securing of excellent flatness. However, APJ's usability is hindered because it showed a problem of premature failure. Research for solving this problem has been progressed, and FEM analysis among existing researches was peformed. However, the behavior of APJ was insufficiently analyzed and the reliability of the analysis was much low, since the material showing complicated behavior was oversimplified, Therefore, a material model was proposed and its effectiveness was confirmed by comparing it with actual behavior in order to improve the reliability of FEM analysis in this paper. ABAQUS program was used for FEM analysis, and an elasto-plastic model and a viscous-plastic model as the material model of APJ were suggested on the base of experiment results of APJ material performed by Bramel et al. The elasto-plastic model was defined by time-independent analysis since it didn't consider time and strain rate, and the viscous-plastic model was defined by time-dependent analysis since it considered. Influence of various elements affecting the behavior of APJ was investigated, and it was confirmed that the time-dependent analysis showed better result closed to actual behavior than the time-independent analysis.
Rock mass contains discontinuities such as faults and joints, and their mechanical properties and spatial distribution dominate the stability of rock mass. Because the deformation of rock mass occurs discontinuities in many cases. However in the case of poor quality rock mass under high stresses, the deformation along intact rock can also influence the structure's stability. In this study, two dimensional finite element program was developed with a rheological model to analyze the stability of the structure excavated in jointed rock mass. The “equivalent material” approach was used assuming intact rock, joints and rock bolts as visco-plastic materials. The program was verified by analysing an intact rock model, a jointed rock mass model and a reinforced jointed rock mass model. The displacement was examined in each model with changing the intact rock behaviour as elastic and visco-plastic. In the case of poor quality rock mass under high stresses, e assumption of visco-plastic behaviour of intact rock resulted in larger displacement than when assuming elastic behaviour for intact rock. Therefore it is recommended to add intact rock's visco-plastic behaviour to the existing model, which only assumes visco-plastic behaviour of joints and rock bolts.
Seo, Seunghwan;Park, Jaehyun;Lee, Sungjune;Chung, Moonkyung
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.34
no.10
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pp.61-74
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2018
In this study, the pull-out behavior of tunnel type anchorage of suspension bridges was analyzed based on results from laboratory size model tests and numerical analysis. Tunnel type anchorage has found its applications occasionally in both domestic and oversea projects, therefore design method including failure mode and safety factor is yet to be clearly established. In an attempt to improve the design method, scaled model tests were conducted by employing simplified shapes and structure of the Ulsan grand bridge's anchorage which was the first case history of its like in Korea. In the model tests, the anchorage body and the surrounding rocks were made by using gypsum mixture. The pull-out behavior was investigated under plane strain conditions. The results of the model tests showed that the tunnel type anchorage underwent wedge shape failure. For the verification of the model tests, numerical analysis was carried out using ABAQUS, a finite element analysis program. The failure behavior predicted by numerical analysis was consistent with that by the model tests. The result of numerical analysis also showed that the effect of Poisson's ratio was negligible, and that a plugging type failure mode could occur only when the strength of the surrounding rocks was 10 times larger than that of anchorage body.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.4
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pp.263-270
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2020
This study evaluates the structural behavior of connected long-span beams applied for excavation in urban areas with a narrow street. Generally, the reliability of the connection is reduced owing to the defect of the upper flange in the connection. An improved connection part was developed to complement the defects in the connected long-span beam. A finite element analysis based on a commercial program, ABAQUS, was employed to evaluate the behavior of the improved connection part. A numerical analysis model was proposed to analyze the high-strength bolt connection and the composite behavior of steel and concrete applied to the improved connection. The suitability of the proposed numerical analysis was verified by comparing the experimental and numerical analysis results of the references. Using the proposed numerical analysis method, the improved and general connections were analyzed and compared with each other. The stress distribution and elastic-plastic behavior of the long-span beam were analyzed numerically. The analysis confirmed that 25% of the compressive stress was improved, resulting in the improvement of structural safety and performance.
In the present study, a method of quasi-three dimensional stability analysis is proposed for a systematic design of the GRS-RW(Geosynthetic-Reinforced Soil Retaining Wall) system based on the postulated three dimensional failure wedge. The proposed method could be applied to the analysis of the stability of both the straight-line and cove-shaped are. As with skew reinforcements. Maximum earth thrust expected to act on the rigid face wall is assumed to distribute along the depth, and wall displacements are predicted based on both the assumed compaction-induced earth pressures and one dimensional finite element method of analysis. For a verification of the procedure proposed in the present study, the predicted wall displacements are compared with chose obtained from the RMC tests in Canada and the FHWA tests in U.S.A. In these comparisons the wall displacements estimated by the methods of Christopher et at. and Chew & Mitchell are also included for further verification. Also, the predicted wall displacements for the convex-shaped zone reinforced with skew reinforcements are compared with those by $FLAC_{3D}$ program analyses. The assumed compaction-induced earth pressures evaluated on the basic of the proposed method of analysis are further compared with the measurements by the FHWA best wall. A parametric stduy is finally performed to investigate the effects of various design parameters for the stability of the GRS-RW system
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[게시일 2004년 10월 1일]
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