Fahmy, Ezzat H.;Shaheen, Yousry B.I.;Abdelnaby, Ahmed Mahdy;Abou Zeid, Mohamed N.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.1
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pp.83-97
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2014
This paper presents the results of an investigation aimed at developing reinforced concrete beams consisting of precast permanent U-shaped reinforced mortar forms filled with different types of core materials to be used as a viable alternative to the conventional reinforced concrete beam. To accomplish this objective, an experimental program was conducted and theoretical model was adopted. The experimental program comprised casting and testing of thirty beams of total dimensions $300{\times}150{\times}2,000mm$ consisting of permanent precast U-shaped reinforced mortar forms of thickness 25 mm filled with the core material. Three additional typical reinforced concrete beams of the same total dimensions were also cast to serve as control specimens. Two types of single-layer and double-layers steel meshes were used to reinforce the permanent U-shaped forms; namely welded wire mesh and X8 expanded steel mesh. Three types of core materials were investigated: conventional concrete, autoclaved aerated lightweight concrete brick, and recycled concrete. Two types of shear connections between the precast permanent reinforced mortar form and the core material were investigated namely; adhesive bonding layer between the two surfaces, and mechanical shear connectors. The test specimens were tested as simple beams under three-point loadings on a span of 1,800 mm. The behavior of the beams incorporating the permanent forms was compared to that of the control beams. The experimental results showed that better crack resistance, high serviceability and ultimate loads, and good energy absorption could be achieved by using the proposed beams which verifies the validity of using the proposed system. The theoretical results compared well with the experimental ones.
Vacuum vessel of the KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) tokamak is a fully welded structure with D-shaped cross-section. According to the requirements of the physics design, sixteen horizontal ports, sixteen slanted ports, sixteen baking and cooling ports, and twenty-four top and bottom vertical ports are designed for the diagnostics, plasma heating, vacuum pumping, and baking and cooling. Bellows on these ports are used for flexible components to absorb the relative displacement due to the vacuum vessel thermal expansion and the electromagnetic force between the vacuum vessel and the cryostat ports. Fatigue strength evaluation was performed to decide the dimension of the bellows. In order to assure the quality of the bellows, a prototype bellows for the neutral beam injection port has been fabricated and tested prior to main fabrication. It was conformed that the prototype bellows has sufficient fatigue strength and vacuum reliability in the expected load conditions.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.07a
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pp.412-413
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2005
This paper describes resonant frequency of the structural behavior of micro-cantilever beam simulated by FEM (Finite Element Method). The resonant characteristics and the sensitivity of cantilever-shaped SOI resonant were measured for the application of chemical sensor. The resonant frequency of the fabricated micro-cantilever system was found to be 5.59kHz when the size of cantilever is $500{\mu}m$ long, $100{\mu}m$ wide and $1{\mu}m$ thick. Generation of resonant frequency measured by Modal Analysis is resulted in length of cantilever. The length was found to be a dominant factor for the selection of required resonant frequency range. On the other side, the width had influenced very little on either the magnitude of resonant frequency or the sensitivity.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.3
no.4
s.10
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pp.53-58
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2003
In order to control seismic responses of building structures effectively and stably, it is very important to estimate the dynamic characteristics of target structure exactly based on input-output signal data. In this paper, it is shown that Subspace Identification Method is able to be applied effectively to system identification of building structures. To verify the efficiency of Subspace Identification Method, the vibration experiments were conducted on a specimen structure which is a 5-storied building structure model consisted of H-shaped steel beam, and the simulated seismic responses of the identified structure model were compared with the observed ones under the same excitation. It was observed that the experimental results coincided with the analyzed ones proposed in this paper.
In this study, the three different meta-heuristics namely the Grey Wolf Optimizer (GWO), Stochastic Fractal Search (SFS), and Adaptive Differential Evolution with Optional External Archive (JADE) algorithms are examined. This study considers optimization of the planer frame to minimize its weight subjected to the strength and displacement constraints as per the American Institute of Steel and Construction - Load and Resistance Factor Design (AISC-LRFD). The GWO algorithm is associated with grey wolves' activities in the social hierarchy. The SFS algorithm works on the natural phenomenon of growth. JADE on the other hand is a powerful self-adaptive version of a differential evolution algorithm. A one-bay ten-story planar steel frame problem is examined in the present work to investigate the design ability of the proposed algorithms. The frame design is produced by optimizing the W-shaped cross sections of beam and column members as per AISC-LRFD standard steel sections. The results of the algorithms are compared. In addition, these results are also mapped with other state-of-art algorithms.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.64-72
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2022
In this study, in order to confirm the seismic performance of reinforced concrete frames retrofitted with Wall Friction Damper(WFD), the test was conducted by setting two-story Reinforced concrete frames (reference specimen, OMF-N and specimen retrofitted with internal H-shaped steel frame and WFD, OMF-ALL(H)) as main variables. The WFD Seismic Retrofit Method is a mixture of strength improvement and energy dissipation methods. To prevent the pre-destruction of existing structure by friction force before sufficient energy dissipation of WFD, the internal H-shaped steel frame and chemical anchor that penetrates the side of the beam were used to install WFD. According to the test results, the OMF-N specimen showed an brittle failure pattern caused by the shear force of the R/C column after the maximum strength was expressed. The OMF-ALL(H) specimen showed that the reduction of pinching effect and the failure of the RC column occurred. Also, the maximum strength, cumulative energy dissipation and ductility of OMF-ALL(H) increased 3.01 times, 7.2 times and 1.72 times for OMF-N. As a results, test results revealed that the WFD Seismic Retrofit Method installed on Reinforced concrete structure improves the seismic performance and the strengthening effect is valid.
In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated by the finite element method taking into account soil-structure interaction (SSI) effects. The considered bridge in the analysis is Quincy Bay-view Bridge built on the Mississippi River in between 1983-1987 in Illinois, USA. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. In order to determine the stochastic response of the bridge, a two-dimensional lumped masses model is considered. Incoherence, wave-passage and site response effects are taken into account for the spatially varying earthquake ground motion. Depending on variation in the earthquake motion, the response values of the cable-stayed bridge supported on firm, medium and soft foundation soil are obtained, separately. The effects of SSI on the stochastic response of the cable-stayed bridge are also investigated including foundation as a rigidly capped vertical pile groups. In this approach, piles closely grouped together beneath the towers are viewed as a single equivalent upright beam. The soil-pile interaction is linearly idealized as an upright beam on Winkler foundation model which is commonly used to study the response of single piles. A sufficient number of springs on the beam should be used along the length of the piles. The springs near the surface are usually the most important to characterize the response of the piles surrounded by the soil; thus a closer spacing may be used in that region. However, in generally springs are evenly spaced at about half the diameter of the pile. The results of the stochastic analysis with and without the SSI are compared each other while the bridge is under the sway of the spatially varying earthquake ground motion. Specifically, in case of rigid towers and soft soil condition, it is pointed out that the SSI should be significantly taken into account for the design of such bridges.
Park, Chang-Hee;Lee, Cheol-Ho;Park, Hong-Gun;Hwang, Hyeon-Jong;Lee, Chang-Nam;Kim, Hyoung-Seop;Kim, Sung-Bae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.4
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pp.503-514
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2011
In this research, the seismic connection details for two concrete-filled U-shape steel beam-to-H columns were proposed and cyclically tested under a full-scale cruciform configuration. The key connecting components included the U-shape steel section (450 and 550 mm deep for specimens A and B, respectively), a concrete floor slab with a ribbed deck (165 mm deep for both specimens), welded couplers and rebars for negative moment transfer, and shear studs for full composite action and strengthening plates. Considering the unique constructional nature of the proposed connection, the critical limit states, such as the weld fracture, anchorage failure of the welded coupler, local buckling, concrete crushing, and rebar buckling, were carefully addressed in the specimen design. The test results showed that the connection details and design methods proposed in this study can well control the critical limit states mentioned above. Especially, the proposed connection according to the strengthening strategy successfully pushed the plastic hinge to the tip of the strengthened zone, as intended in the design, and was very effective in protecting the more vulnerable beam-to-column welded joint. The maximum story drift capacities of 6.0 and 6.8% radians were achieved in specimens A and B, respectively, thus far exceeding the minimumlimit of 4% radians required of special moment frames. Low-cycle fatigue fracture across the beam bottom flange at a 6% drift level was the final failure mode of specimen A. Specimen B failed through the fracture of the top splice plate of the bolted splice at a very high drift ratio of 8.0% radian.
There have been few researches on the connection technology for steel structures, so the research outputs and the outcome of the technology development are still insufficient. The bracket-type connection should be improved for efficient constructability and $CO_2$ reduction. It should be replaced by a new type of weak-axis connection that has better structural performance and less $CO_2$ emission. Since the structural performance and safety of the new type of weak-axis connection must first be verified, however, a study on $CO_2$ reduction will be conducted. Therefore, this study looked into the structural performance of the bracket-type details, standard details, and ultra-simple details. It evaluated the requirements for connection materials and $CO_2$ emission. It was found that the ultra-simple weak-axis connection has thebest structural performance and the least $CO_2$ emissions, so it is deemed capable of replacing the bracket-type weak-axis connection.
Mercan, Bulent;Stolarski, Henryk K.;Schultz, Arturo E.
Computers and Concrete
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v.18
no.1
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pp.17-37
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2016
This paper compares the arc-length and explicit dynamic solution methods for nonlinear finite element analysis of prestressed concrete members subjected to monotonically increasing loads. The investigations have been conducted using an L-shaped, prestressed concrete spandrel beam, selected as a highly nonlinear problem from the literature to give insight into the advantages and disadvantages of these two solution methods. Convergence problems, computational effort, and quality of the results were investigated using the commercial finite element package ABAQUS. The work in this paper demonstrates that a static analysis procedure, based on the arc-length method, provides more accurate results if it is able to converge on the solution. However, it experiences convergence problems depending upon the choice of mesh configuration and the selection of concrete post-cracking response parameters. The explicit dynamic solution procedure appears to be more robust than the arc-length method in the sense that it provides acceptable solutions in cases when the arc-length approach fails, however solution accuracy may be slightly lower and computational effort may be significantly larger. Furthermore, prestressing forces must be introduced into the finite element model in different ways for the explicit dynamic and arc-length solution procedures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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