Steel-concrete composite walls have been proposed and developed for applications in various types of structures. The double-skin profiled composite walls, as a natural development of composite flooring, provide structural and architectural merits. However, adequate intermediate fasteners between profiled steel plates and concrete core are required to fully mobilize the composite action and to improve the structural behavior of the wall. In this research, two new types of fasteners (i.e., threaded rods and vertical plates) were proposed and three specimens with different fastener types or fastener arrangements were tested under axial compression. The experimental results were evaluated in terms of failure modes, axial load versus axial displacement response, strength index, ductility index, and load-strain relationship. It was found that specimen with symmetrically arranged thread rods sustained more stable axial strain than that with staggered arranged threaded rods. Meanwhile, vertical plates are more suitable for practical use since they provide stronger confinement to profiled steel plate and effectively prevent the steel plate from early local buckling, which eventually enhance the composite action and increase the axial compressive capacity of the wall. The calculation methods were then proposed and good agreement was observed between the test results and the predicted results.
Profiled composite slab has been widely used in civil engineering due to its structural merits. The extension of this concept to the bearing wall forms the profiled composite wall, which consists of two external profiled steel plates and infill concrete. This paper investigates the structural behavior of this type of wall under axial compression. A series of compression tests on profiled composite walls consisting of varied types of profiled steel plate and edge confinement have been carried out. The test results are evaluated in terms of failure modes, load-axial displacement curves, strength index, ductility ratio, and load-strain response. It is found that the type of profiled steel plate has influence on the axial capacity and strength index, while edge confinement affects the failure mode and ductility. The test data are compared with the predictions by modern codes such as AISC 360, BS EN 1994-1-1, and CECS 159. It shows that BS EN 1994-1-1 and CECS 159 significantly overestimate the actual compressive capacity of profiled composite walls, while AISC 360 offers reasonable predictions. A method is then proposed, which takes into account the local buckling of profiled steel plates and the reduction in the concrete resistance due to profiling. The predictions show good correlation with the test results.
Mirtaheri, Masoud;Emami, Fereshteh;Zoghi, Mohammad A.;Salkhordeh, Mojtaba
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.4
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pp.381-394
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2019
If an alternative path would not be considered for redistribution of loads, local failure in structures will be followed by a progressive collapse. When a vertical load-bearing element of a steel structure fails, the beams connected to it will lose their support. Accordingly, an increase in span's length adds to the internal forces in beams. The mentioned increasing load in beams leads to amplifying the moments there, and likewise in their corresponding connections. Since it is not possible to reinforce all the elements of the structure against this phenomenon, it seems rational to use other technics like specified strengthened connections. In this study, a novel connection is suggested to handle the stated phenomenon which is introduced as a passive connection. This connection enables the structure to tolerate the added loads after failing of the vertical element. To that end, two experimental models were constructed and thereafter tested in half-scale, one-story, double-bay, and bolted connections in three-dimensional spaces. This experimental study has been conducted to compare the ductility and strength of a frame that has ordinary rigid connections with a frame containing a novel passive connection. At last, parametric studies have been implemented to optimize the dimensions of the passive connection. Results show that the load-bearing capacity of the frame increased up to 75 percent. Also, a significant decrease in the displacement of the node wherein the column is removed was observed compared to the ordinary moment resisting frame with the same loads.
A novel flat steel plate-concrete-corrugated steel plate (FS-C-CS) sandwich panel was proposed for resisting impact load. The failure mode, impact force and displacement response of the FS-C-CS panel under impact loading were studied via drop-weight impact tests. The combined global flexure and local indentation deformation mode of the FS-C-CS panel was observed, and three stages of impact process were identified. Moreover, the effects of corrugated plate height and steel plate thickness on the impact responses of the FS-C-CS panels were quantitatively analysed, and the impact resistant performance of the FS-C-CS panel was found to be generally improved on increasing corrugated plate height and thickness in terms of smaller deformation as well as larger impact force and post-peak mean force. The Finite Element (FE) model of the FS-C-CS panel under impact loading was established to predict its dynamic response and further reveal its failure mode and impact energy dissipation mechanism. The numerical results indicated that the concrete core and corrugated steel plate dissipated the majority of impact energy. In addition, employing end plates and high strength bolts as shear connectors could prevent the slip between steel plates and concrete core and assure the full composite action of the FS-C-CS panel.
In the current study, thermoforming and compression analysis were carried out for the woven composite egg-box panel with the non-orthogonal constitutive material model, which is proposed by Xue et al. The material model is implemented in commercial engineering software, LS-DYNA, with a user subroutine. Directional properties in non-orthogonal coordinates are determinedusing the deformation gradient tensor and the material modulus matrix in local coordinate is updated at eaeh corresponding time step. After the implemented non-orthogonal constitutive model is verified by the bias extension test, the egg-box panel simulations are performed. The egg-box panel simulations are divided into two categories: thermoforming (draping) and crushing. The finite element model for crushing analysiscan be obtained using the displacement result of thermoforming process.
Response of the pipeline crossing fault is considered as the large strain problem. Proper estimation of the pipeline response plays important role in mitigation studies. In this study, an advanced continuum modeling including material non-linearity in large strain deformations, hardening/softening soil behavior and soil-pipeline interaction is applied. Through the application of a fully nonlinear analysis based on an explicit finite difference method, the mechanics of the pipeline behavior and its interaction with soil under large strains is presented in more detail. To make the results useful in oil and gas engineering works, a continuous pipeline of two steel grades buried in two clayey soil types with four different crossing angles of 30°, 45°, 70° and 90° with respect to the pipeline axis have been considered. The results are presented as the fault movement corresponding to different damage limit states. It was seen that the maximum affected pipeline length is about 20 meters for the studied conditions. Also, the affected length around the fault cutting plane is asymmetric with about 35% and 65% at the fault moving and stationary block, respectively. Local buckling is the dominant damage state for greater crossing angle of 90° with the fault displacement varying from 0.4 m to 0.55 m. While the tensile strain limit is the main damage state at the crossing angles of 70° and 45°, the cross-sectional flattening limit becomes the main damage state at the smaller 30° crossing angles. Compared to the stiff clayey soil, the fault movement resulting 3% tensile strain limit reach up to 40% in soft clayey soil. Also, it was seen that the effect of the pipeline internal pressure reaches up to about 40% compared to non-pressurized condition for some cases.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.517-528
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2008
This paper presents a hysteretic damage model for reinforced concrete (RC) joints that explicitly accounts for the bond-slip between the reinforcing bars and the surrounding concrete. A frame element whose displacement fields for the concrete and the reinforcing bars are different to permit slip is developed. From the fiber section concept, compatibility equations for concrete, rebar, and bond are defined. Modification of the hysteretic stress-strain curve of steel is conducted for partial unloading and reloading conditions. Local bond stress-slip relations for monotonic loads are updated at each slip reversal according to the damage factor. The numerical applications of the reinforcing bar embedded in the confined concrete block, the RC column anchored in the foundation, and the RC beam-column subassemblage validate the model accuracy and show how including the effects of bond-slip leads to a good assessment of the amount of energy dissipation during loading histories.
To investigate the seismic performance of steel pipe-aeolian sand recycled concrete columns, this study designed and produced five specimens. Low-cycle repeated load tests were conducted while maintaining a constant axial compression ratio. The experiment aimed to examine the impact of different aeolian sand replacement rates on the seismic performance of these columns. The test results revealed that the mechanical failure modes of the steel pipe-recycled concrete column and the steel pipe-aeolian sand recycled concrete column were similar. Plastic hinges formed and developed at the column foot, and severe local buckling occurred at the bottom of the steel pipe. Interestingly, the bulging height of the damaged steel pipe was reduced for the specimen mixed with an appropriate amount of wind-deposited sand under the same lateral displacement. The hysteresis curves of all five specimens tested were relatively full, with no significant pinching phenomenon observed. Moreover, compared to steel tube-recycled concrete columns, the steel tube-aeolian sand recycled concrete columns exhibited improved seismic energy dissipation capacity and ductility. However, it was noted that as the aeolian sand replacement rate increased, the bearing capacity of the specimen increased first and then decreased. The seismic performance of the specimen was relatively optimal when the aeolian sand replacement rate was 30%. Upon analysis and comparison, the damage analysis model based on stiffness and energy consumption showed good agreement with the test results and proved suitable for evaluating the damage degree of steel pipe-wind-sand recycled concrete structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.2
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pp.131-138
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2008
Fiber-reinforced polymer (FRP) sheets have been successfully used to retrofit a number of existing concrete buildings and structures because of their excellent properties (high strength, light weight and high durability). Bond characteristics between FRP sheets and concrete should be investigated to ensure an effective retrofitting system. RC structures strengthened with FRP sheets are often subjected to cyclic load (traffic, seismic, temperature, etc.). This research addresses a local bond stress-slip relationship under cyclic loading conditions for the FRP-concrete interface. 18 specimens were prepared with three types of FRP sheets (aramid, carbon, and polyacetal) and two types of sheet layer(one or two). The characteristics of bond stress-slip were verified through experimental results on load-displacement relationship.
Unseong Kim;Kyeongryeol Park;Seongmin Kang;Yong Seok Choi;Kyungeun Jeong;Soomin Lee;Kyungjun Lee
Tribology and Lubricants
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v.40
no.4
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pp.133-138
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2024
This study evaluates the structural safety of wind turbine blades, analyzes the behavior of composite laminate structures with and without defects, and assesses surface erosion wear. The NREL 5 MW standard is applied to assign accurate composite material properties to each blade section. Modeling and analysis of the wind turbine blades reveal stable behavior under individual load conditions (gravity, motor speed, wind speed), with the web bearing most of the load. Surface erosion wear analysis in which microparticle impacts are simulated on the blade coating shows a maximum stress and maximum displacement of 14 MPa and 0.02 mm, respectively, indicating good initial durability, but suggest potential long-term performance issues due to cumulative effects. The study examines defect effects on composite laminate structures to compare the stress distribution, strain, and stiffness characteristics between normal and cracked states. Although normal conditions exhibit stable behavior, crack defects lead to fiber breakage, high-stress concentration in the vulnerable resin layer, and decreased rigidity. This demonstrates that local defects can compromise the safety of the entire structure. The study utilizes finite element analysis to simulate various load scenarios and defect conditions. Results show that even minor defects can significantly alter stress distributions and potentially lead to catastrophic failure if left unaddressed. These findings provide valuable insights for wind turbine blade safety evaluations, surface protection strategies, and composite structure health management. The methodology and results can inform the design improvements, maintenance strategies, and defect detection techniques of the wind energy industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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