An, Hyojoon;Cho, Baiksoon;Park, Ju-Hyun;Lee, Jong-Han
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.3
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pp.287-295
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2023
The collapse of bridges due to earthquakes results in many casualties and property damages. Thus, accurate prediction and preparation are required for the behavior of bridges during earthquakes. In particular, columns play an important role in the seismic behavior of bridges. The risk of collapse due to an earthquake increases when there is a problem of the insufficient lap splice in the column. In this study, to analyze the characteristics of the lap splice in the column, a numerical model was defined for the insufficient lap-spliced columns and verified using experimental data. The developed column model was applied to a commonly used RC slab bridge. Nonlinear static analysis for the column was performed to evaluate the change in the performance of the column according to the lap-spliced length. In addition, this study assessed the effect of the lap-spliced length on the seismic fragility analysis.
Yousry B.I. Shaheen;Ghada M. Hekal;Ayman M. Elshaboury;Ashraf M. Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.371-390
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2024
Investigating the impact of openings on the structural behavior of ferrocement I-beams with two distinct types of reinforcing metallic and non-metallic meshes is the primary goal of the current study. Up until failure, eight 250x200x2200 mm reinforced concrete I-beams were tested under flexural loadings. Depending on the kind of meshes used for reinforcement, the beams are split into two series. A control I-beam with no openings and three beams with one, two, and three openings, respectively, are found in each series. The two series are reinforced with three layers of welded steel meshes and two layers of tensar meshes, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. Structural parameters of investigated beams, including first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were reported. The number of mesh layers, the volume fraction of reinforcement, and the kind of reinforcing materials are the primary factors that vary. This article presents the outcomes of a study that examined the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete I-beams with and without openings reinforced with welded steel mesh and tensar mesh separately. Utilizing ANSYS-16.0 software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was applied to illustrate how composite RC I-beams with openings behaved. In addition, a parametric study is conducted to explore the variables that can most significantly impact the mechanical behavior of the proposed model, such as the number of openings. The FE simulations produced an acceptable degree of experimental value estimation, as demonstrated by the obtained experimental and numerical results. It is also noteworthy to demonstrate that the strength gained by specimens without openings reinforced with tensar meshes was, on average, 22% less than that of specimens reinforced with welded steel meshes. For specimens with openings, this value is become on average 10%.
A flat slab is a structural system where columns directly support it without the presence of beam elements. However, despite its wide advantages, this structural system undergoes a major deficiency where stresses are concentrated around the column perimeter, resulting in the progressive collapse of the entire structure as a result of losing the shear transfer mechanisms at the cracked interface. Predicting the punching shear capacity of RC flat slabs is a challenging problem where the factors contributing to the overall slab strength vary broadly in their significance and effect extent. This study proposed a new expression for predicting the slab's capacity in punching shear using a nonuniform concrete tensile stress distribution assumption to capture, as well as possible, the induced strain effect within a thick RC flat slab. Therefore, the overall punching shear capacity is composed of three parts: concrete, aggregate interlock, and dowel action contributions. The factor of the shear span-to-depth ratio (a_v/d) was introduced in the concrete contribution in addition to the aggregate interlock part using the maximum aggregate size. Other significant factors were considered, including the concrete type, concrete grade, size factor, and the flexural reinforcement dowel action. The efficiency of the proposed model was examined using 86 points of published experimental data from 19 studies and compared with five code standards (ACI318, EC2, MC2010, CSA A23.3, and JSCE). The obtained results revealed the efficiency and accuracy of the model prediction, where a covariance value of 4.95% was found, compared to (13.67, 14.05, 15.83, 19.67, and 20.45) % for the (ACI318, CSA A23.3, MC2010, EC2, and JSCE), respectively.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.6
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pp.567-576
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2017
The object of this research is an establishment of BIM-based quantity takeoff(QTO) and cost estimation guidelines for reinforcement concrete structures focused on improvement of field applicability in transition period from 2D drawing-based environment to 3D BIM-based environment. Preliminary studies on existing guidelines and standards for BIM modeling, QTO and cost estimation of reinforcement concrete structures are performed, and then a standardization of BIM-based cost estimation process is proposed through comparative analysis between 2D drawing-based cost estimation process and 3D BIM-based. In addition, modeling, QTO, and cost estimation processes of cost-BIM model for RC structures are conducted. The contributions of this research and the guidelines suggested by this research are 1) lowering barriers to entity to the new BIM-based environment for small size companies, 2) reducing construction cost by a close estimate, 3) establishing the foundation for integrated management of informations through construction project life cycle, 4) and ultimately, developing the BIM ecosystems.
This research develops tools and strategies for optimizing RC column sections applied in tall buildings. Optimization parameters are concrete strength and section shape, the objective function for which is subject to several predefined constraints drawn from the original structural design. For this purpose, we developed new components for StrAuto, a parametric modeling and optimization tool for building structure. The components receive from external analysis solvers member strengths calculated from the original design model, and output optimized column sections satisfying the minimum cost. Using these components, optimized sections are firstly obtained for each predefined concrete strength applied to the whole floors in the project building. The obtained results for each concrete strength are comparatively examined to determine the fittest sections which will also result in the fittest vertical zoning for concrete strength. The main optimization scenario for this is to search for the vertical levels where the identical optimized sections coincide for the two different concrete strengths in concern, and select those levels for the boundaries where a concrete strength will be changed to another. The optimization process provided in this research is a product of an intensive development designed for a specific member in a specific project. Thus, the algorithm suggested takes on a microscopic and mathematical approach. However, the technique has a lot of potential that it can further be extensively developed and applied for future projects.
Generally, application of steel pipe pile as deep foundation member needs special requirement for the connection method between steel pipe pile and concrete footing. Even though two types of connection method are suggested in the related specification, type B-method is provident. To investigate real structural behavior of type B connection, several load tests are done with carefully designed experimental system. The purpose of this experiment is mainly focused on the understanding of actual behavior which can be predicted by design theory. At this research stage, vertical and lateral loading test are done for three types of specimen to review stress concentration, formation and behavior of imaginary RC column in the footing and effect of non-slip device installed in the steel pipe pile. The load resistance mechanism in these specific connection method is predicted based on both experimental results. The three-dimensional finite element modeling is also done for the purpose of comparison between numerical and experimental result. With all the results gained from experiment the structural behavior of imaginary RC column in the design concept is confirmed. The role of non-slip device is very important and it affects the resistance capacity with help of composite action of concrete and steel pipe pile.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.22
no.1
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pp.11-21
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2022
Currently, in the domestic construction industry, the free web method has been emerging as a potential solution to the shortage of skilled workers due to the prolonged COVID-19 crisis, as it helps in securing economic feasibility through shortening the construction period and reducing labor costs. To consider one part of the construction method, in this study, the bending behavior according to the load was evaluated for the SY slope-type beam formwork, which was manufactured at a factory, assembled with rebar, brought into the site, and then poured into the site. For the SY Beam standard cross-sectional shape, a cross-sectional dimensional width of 400mm and depth 600mm determined through structural modeling using the MIDAS GEN program were applied. A total of 6 specimens were made with a member length of 5,000mm, 5 specimens and one RC specimen in the comparison group were manufactured in real-size format using the thickness of the steel plate(0.8, 1.0, 1.2mm) as a variable, and bending experiments were performed. In the bending test, the steel plate deck showed high initial stiffness and maximum strength as it yielded, which showed that it sufficiently contributed to the flexural strength. It is judged that additional analysis and experimental studies for 1.05, 1.1, and 1.15mm are needed to derive the appropriate steel plate thickness and the method for calculating the tensile force contribution of the steel plate to secure the manufacturing, construction and economic feasibility of SY Beam in the future.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.21
no.6
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pp.605-615
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2021
Recently, to shorten construction periods and reduce labor costs, the need for a corrugated beam form in the RC structure is being emphasized. The purpose of this study is to evaluate the deformation performance of SY Beam, a newly developed corrugated beam form work, during concrete casting. The standard cross-sectional shape of SY Beam was determined by modeling the deck structure of various thicknesses using the MIDAS GEN program. As a result, the cross-sectional dimensions of the SY Beam were determined to be 400mm and 450mm in width and height, respectively. A total of three SY Beam specimens were fabricated using steel plate thicknesses of 0.8, 1.0, and 1.2mm. The load conditions applied during casting concrete at the actual site are reflected. The vertical and horizontal displacements of the SY beam were measured during concrete casting. As a result, the vertical displacement showed a tendency to decrease as the thickness increased. Considering both vertical and horizontal displacement, the case with steel plate thickness of 1.2mm is the safest and most immediately applicable to the field. In the future, to secure manufacturability, constructability, and economics, the optimum steel plate thickness should be derived, and additional analysis and experimental studies for 1.05, 1.1, and 1.15mm are required.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.4
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pp.265-272
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2023
This paper presents a conceptual strategy and technologies for the digital transformation of design and construction of reinforced concrete (RC) structures. The development of an automated detail design strategy for RC structures is described. Integrated digital platform based on 5D BIM concept is proposed for the replacement of the current technology environment-based 2D CAD. Generally, the detail design development is labor-intensive and iterative. Effective automation of relevant aspects can dramatically improve productivity and accuracy. The proposed solutions for the automated BIM modeling based on the rebar and formwork detail design automation achieves the productivity and accuracy sufficient for site application. The platform integrates and manages the information flow between each solution or application and provides it to all participants of the project. Finally, it is expected that the proposed strategy and technologies can be further enhanced to achieve the productivity and accuracy needed for widespread site application and digital transformation.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.3
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pp.216-222
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2014
Chloride attack to reinforced concrete structures located in seaside can cause a serious problem of durability and maintenance during the service life. Corrosion of reinforced steel bars in concrete decreases the bond strength and finally causes the detachment of concrete cover. Polymer cement mortar is usually adopted to repair the deteriorated RC structures because of its strong bonding property. The recovered load-carrying capacity after the repair was simulated by non-linear FEM analysis. The properties of concrete, repairing materials, bonding materials and reinforced bar were used as input data. Four types of redispersible polymer powders were used as components of polymer cement mortar. Pull-off tests were carried out to examine the bond properties such as rigidity and strength. Effects of a corrosion inhibitor and the loss of reinforced bars due to the corrosion were also considered in this study. FEM modeling and analysis were conducted to propose the universal model. Physical bonding in the relationship between repair materials and steel reinforced bar is more dominant than chemical bonding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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