The purpose of the present study is to set up an efficient optimum design method for the large-scale reinforced concrete cylindrical shell structures like intake tower of reservoir and to establish a solid foundation for the automatic optimum structural design combined with finite element analysis. The major design variables are the dimensions and steel areas of each member of the structures. The construction cost which is composed of the concrete, steel, and form work costs, respectively, is taken as the objective function. The constraint equations for the design of intake-tower are derived on the basis of the working stress design method. The corresponding design guides including the standard specification for concrete structures have been also employed in deraving the constraint conditions. The present nonlinear optimization problem is solved by SUMT method. The reinforced concrete intake-tower is decomposed into three major substructures. The optimization is then conducted for both the whole structure and the substructures. The following conclusions can be drawn from the present study. 1. The basis of automatic optimum design of reinforced concrete cylindrical shell structures which is combined with finite element analysis was established. 2. The efficient optimization algorithms which can execute the automatic optimum desigh of reinforced concrete intake-tower based on the working stress design method were developed. 3. Since the objective function and design variables were converged to their optimum values within the first or second iteration, the optImization algorithms developed in this study seem to be efficient and stable. 4. The difference in construction cost between the optimum designs with the substructures and with the entire structure was found to be small and thus the optimum design with the substructures,rnay conveniently be used in practical design. 5. The major active constraints of each structural member were found to be the tensile stress insteel for salb, the minimum lonitudinal steel ratio constraints for tower body and the shearing stress in concrete, tensile stress in steel and maximum eccentricityconstraints for footing, respectively. 6. The computer program develope in the present study can be effectively used even by an unexperienced designer for the optimum design of reinforced concrete intake-tower.
In this work we simulate explicitly the dynamic fracture propagation in reinforced concrete beams. In particular, adopting cohesive theories of fracture with the direct simulation of fracture and fragmentation, we represent the concrete matrix, the steel re-bars and the interface between the two materials explicitly. Therefore the crack nucleation within the concrete matrix, through and along the re-bars, the deterioration of the concrete-steel interface are modeled explicitly. The numerical simulations are validated against experiments of three-point-bend beams loaded dynamically under various strain rates. By extracting the crack-tip positions and the crack mouth opening displacement history, a two-stage crack propagation, marked by the attainment of the peak load, is observed. The first stage corresponds to the stable crack advance, the second one, the unstable collapse of the beam.
The mechanical properties of fiber reinforced porous concrete for use as a planting material were investigated in this study. Changes in physical and mechanical properties, subsequent to the addition of carbon fiber and silica fume, were studied. The effects of recycled aggregate were also evaluated. The applicability as planting work concrete material was also assessed. The results showed that there were no remarkable changes in the void and strength characteristics following the increase in proportion of recycled aggregate. Also, the mixture with 10% silica fume was found to be the most effective for strength enforcement. The highest flexural strength was obtained when the carbon fiber was added with $3\%$. It was also noticed that PAN-derived carbon fiber was superior to Pitch-derived ones in view of strength. The evaluation of its usage for vegetation showed that the growth of plants was directly affected by the existence of covering soil, in case of having the similar size of aggregate and void.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제11권1호
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pp.151-159
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2017
The action of rainwater on reinforced concrete walls has led to an erosion phenomenon. The erosion is very apparent when the walls are inclined. This phenomenon is studied on a real site characterized by different architectural forms. The site dates back to the seventies; it was designed by the architect, modeler of concrete, Oscar Nie Meyer. On this site, the erosion has damaged the cover of the reinforcements and reduced its depth. In this research work, a method of quantification of the erosion is developed. Using this method, the amount of mass loss by erosion was measured on imprints taken from the site. The results are expressed by the rate of mass loss by erosion; they are associated to the height and the inclination of the walls. Moreover, laboratory analysis was carried out on samples taken from the site. From this study, it is recommended to consider the erosion, in any building code, to determine the cover thickness.
Shouhua Liu;Jianfeng Li;Hamidreza Aghajanirefah;Mohammad Khishe;Abbas Khishe;Arsalan Mahmoodzadeh;Banar Fareed Ibrahim
Steel and Composite Structures
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제47권2호
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pp.147-165
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2023
The paper contrasts conventional seismic design with a design that incorporates buckling-restrained bracing in three-dimensional reinforced concrete buildings (BRBs). The suboptimal structures may be found using the multi-objective chimp optimization algorithm (MEN-ChOA). Given the constraints and dimensions, ChOA suffers from a slow convergence rate and tends to become stuck in local minima. Therefore, the ChOA is improved by niching and evolutionary operators to overcome the aforementioned problems. In addition, a new technique is presented to compute seismic and dead loads that include all of a structure's parts in an algorithm for three-dimensional frame design rather than only using structural elements. The performance of the constructed multi-objective model is evaluated using 12 standard multi-objective benchmarks proposed in IEEE congress on evolutionary computation. Second, MEN-ChOA is employed in constructing several reinforced concrete structures by the Mexico City building code. The variety of Pareto optimum fronts of these criteria enables a thorough performance examination of the MEN-ChOA. The results also reveal that BRB frames with comparable structural performance to conventional moment-resistant reinforced concrete framed buildings are more cost-effective when reinforced concrete building height rises. Structural performance and building cost may improve by using a nature-inspired strategy based on MEN-ChOA in structural design work.
본 연구에서는 사각형단면을 가진 철근콘크리트구조물의 한 최적설계방법을 제시하고자 한다. 철근콘크리트는 한 단면이 2가지의 재료로 구성되어 있으므로 이로인해 야기될 수 잇는 어려움을 해소하기 위해 변수분리의 원리를 도입하였다. 이 원리에 사용된 설계변수 및 제약조건은 외부 및 내부의 두 그룹으로 분류하고, 최적화과정도 외부 및 내부로 나누어진다. 최적화기법에는 Pattern Search을 수정한 Modified Pattern search 방법을 제시하며, 이의 정확도를 여러 가지의 다른 최적화기법들과 서로 비교함으로 이 방법의 우수성을 입증하였다. 이 방법으로부터 얻어지는 모든 설계는 하나의 최적설계이며 ACI318-89의 규정을 모두 만족하는 설계이다.
This work describes ongoing development of an embedded sensor system for the early detection and prevention of deterioration of reinforcing steel tendons within reinforced concrete. These devices will evaluate the condition of the steel tendon using ultrasonic techniques and then wirelessly transmit this data to the outside world without human intervention. The ultrasonic transducers and the interpretation of the sensed signals that allow detection and prognosis of tendon condition are detailed. Electrical characterization of concrete mixtures used in bridge construction is conducted and a wideband microstrip antenna is designed and fabricated to operate between 2.4 and 2.5 GHz when embedded in such a medium. Simulations and measurements of the embedded antenna element are presented. Transceiver selection and implementation are discussed as well as future work in operational protocols, sensor networking, and power sources. By implementing commercially available off-the-shelf components whenever possible, these devices have the potential to save millions of dollars a year in evaluation, repair and replacement of reinforced concrete.
The free vibration of stiffened and damaged coupled shear walls is investigated using the mixed finite element method. The anisotropic damage model is adopted to describe the damage extent of the reinforced concrete shear wall element. The internal energy of a locally damaged shear wall element is derived. Polynomial shape functions established by Kwan are used to present the component of displacements vector on each point within the wall element. The principle of virtual work is employed to deduce the stiffness matrix of a damaged shear wall element. The stiffened system is reinforced by an additional stiffening beam at some level of the structure. This induces additional axial forces, and thus reduces the bending moments in the walls and the lateral deflection, and increases the natural frequencies. The effects of the damage extent and the stiffening beam on the free vibration characteristics of the structure are studied. The optimal location of the stiffening beam for increasing as far as possible the first natural frequency of vibration is presented.
The main focus of this paper is the analysis of the different components of the variability for strong ground motions recorded from earthquakes produced by the Vrancea subcrustal seismic source. The analysis is performed for two ground motion prediction equations: Youngs et al. (1997) and Zhao et al. (2006), recommended within the SHARE project for the Vrancea subcrustal seismic source and which are proposed in the work of Delavaud et al. (2012) and graded best in Vacareanu et al. (2013c). The first phase of the analysis procedure consists of a grading procedure. In the second phase, the single station sigma procedure is applied for both attenuation models in order to reduce some parts of ground motion models' variability produced by the ergodic assumption. The strong ground motion database which is used throughout the study consists of over 400 accelerograms recorded from 9 Vrancea intermediate-depth seismic events. The results of the single station sigma analysis show significant reduction of the standard deviations, especially in the case of the Youngs et al. (1997) attenuation model, which is also graded better than the other selected GMPE.
Ortiz-Navas, Francisco;Navarro-Gregori, Juan;Leiva, Gabriel;Serna, Pedro
Structural Engineering and Mechanics
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제76권4호
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pp.491-503
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2020
This study extends previous experimental research on the shear behaviour of macrosynthetic fibre-reinforced concrete beams and compares them to steel fibre-reinforced concrete beams with similar mechanical and geometrical properties. This work employed two fibre types: 60/0.9 (long/diameter) double hooked-end steel fibre and 60/85 monofilament polypropylene fibre. Beams were tested by shear loading covering parameters, such as two different cross-section widths, two shear-span-to-effective-depth ratios, two fibre types and using repetitions with and without transverse reinforcement. For quantitative comparison purposes, crack pattern evolution was studied along increasing loads levels. Effects were studied by photogrammetry, including influence of fibres on crack propagation in uncracked and dowel zones, influence of fibres on stirrup behaviour, and shear deformation or kinematics of critical shear cracks. The results evidenced similar effectiveness for both fibre types in controlling shear crack propagation and horizontal dowel cracking. Both fibres provided similar shear ductility and shear deflections. Consequently, the authors confirm that residual flexural tensile strengths are a convenient parameter for characterising the shear behaviour of fibre-reinforced concrete beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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