Nguyen, Anh P.;Banh, Thanh T.;Lee, Dongkyu;Lee, Jaehong;Kang, Joowon;Shin, Soomi
Steel and Composite Structures
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v.29
no.5
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pp.635-645
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2018
Beam-column joints play a significant role in static and dynamic performances of reinforced concrete frame structures. This study contributes a numerical approach of topologically optimal design of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) to retrofit existing beam-column connections with crack patterns. In recent, CFRP is used commonly in the rehabilitation and strengthening of concrete members due to the remarkable properties, such as lightweight, anti-corrosion and simplicity to execute construction. With the target to provide an optimal CFRP configuration to effectively retrofit the beam-column connection under semi-failure situation such as given cracks, extended finite element method (X-FEM) is used by combining with multi-material topology optimization (MTO) as a mechanical description approach for strong discontinuity state to mechanically model cracked structures. The well founded mathematical formulation of topology optimization problem for cracked structures by using multiple materials is described in detail in this study. In addition, moved and regularized Heaviside functions (MRHF), that have the role of a filter in multiple materials case, is also considered. The numerical example results illustrated in two cases of beam-column joints with stationary cracks verify the validity, benefit and supremacy of the proposed method.
Taha, Mohd R.;Alsharef, Jamal M.A.;Khan, Tanveer A.;Aziz, Mubashir;Gaber, Maryam
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.5
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pp.559-567
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2018
Technological innovations in sustainable materials for soil improvement have attracted considerable interest due to energy crisis and environmental concerns in recent years. This study presents results of a comprehensive investigation on utilization of nanocarbons in reinforcement of a residual soil mixed with 0, 10 and 20% bentonite. Effects of adding proportionate quantities (0, 0.05, 0.075, 0.1 and 0.2%) of carbon nanotubes and carbon nanofibers to soil samples of different plasticities were evaluated. The investigation revealed that the inclusion of nanocarbons into the soil samples significantly improved unconfined compressive strength, Young's modulus and indirect tensile strength. It was observed that carbon nanofibers showed better performance as compared to carbon nanotubes. The nanosized diameter and high aspect ratio of nanocarbons make it possible to distribute the reinforcing materials on a much smaller scale and bridge the inter-particles voids. As a result, a better 'soil-reinforcing material' interaction is achieved and desired properties of the soil are improved at nanolevel.
The age of electric vehicle is coming. One of the most important problems to be solved for popularization of electric vehicle is fuel economy. To increase fuel economy of electric vehicles, it is necessary to improve the performance of the battery or the car body should be lighter than now. To solve the problem of the car body, change the car body's material to carbon fiber reinforced composites can be an excellent answer. However, the part made from carbon fiber reinforced composites is vulnerable to accidents due to their high brittleness. In this study, ductile silica fume was added into the carbon fiber composites to enhance toughness. To examine this, various amounts and sizes of silica fume were considered and the toughness enhancement was examined by performing tensile tests.
The reinforced concrete lining of hydraulic pressure tunnels tends to crack under high inner water pressure (IWP), which results in the inner water exosmosis along cracks and involves typical hydro-mechanical interaction. This study aims at the development, validation and application of an indirect-coupled method to simulate the lining cracking process. Based on the concrete damage plasticity (CDP) model, the utility routine GETVRM and the user subroutine USDFLD in the finite element code ABAQUS is employed to calculate and adjust the secondary hydraulic conductivity according to the material damage and the plastic volume strain. The friction-contact method (FCM) is introduced to track the lining-rock interface behavior. Compared with the traditional node-shared method (NSM) model, the FCM model is more feasible to simulate the lining cracking process. The number of cracks and the reinforcement stress can be significantly reduced, which matches well with the observed results in engineering practices. Moreover, the damage evolution of reinforced concrete lining can be effectively slowed down. This numerical method provides an insight into the cracking process of reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels.
Behavior of RC beam-column joint is very complex as the composite material behaves differently in elastic and inelastic range. The approaches generally used for predicting joint shear strength are either based on theoretical, strut-and-tie or empirical methods. These approaches are incapable of predicting the accurate response of the joint for entire range of loading. In the present study a new generalized RC beam-column joint shear strength model based on hybrid approach i.e. combined strut-and-tie and empirical approach has been proposed. The contribution of governing parameters affecting the joint shear strength under compression has been derived from compressive strut approach whereas; the governing parameters active under tension has been extracted from empirical approach. The proposed model is applicable for various conditions such as, joints reinforced either with or without shear reinforcement, joints with wide beam or wide column, joints with transverse beams and slab, joints reinforced with X-bars, different anchorage of beam bar, and column subjected to various axial loading conditions. The joint shear strength prediction of the proposed model has been compared with 435 experimental results and with eleven popular models from literature. In comparison to other eleven models the prediction of the proposed model is found closest to the experimental results. Moreover, from statistical analysis of the results, the proposed model has the least coefficient of variation. The proposed model is simple in application and can be effectively used by designers.
Kim, Jeong-Keun;Choi, Sun-Ho;Go, Sun-Ho;Kwac, Lee-Ku;Kang, Sung-Soo
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.10
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pp.59-67
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2020
Polycarbonate thermoplastic composite materials are anisotropic and exhibit physical properties in the longitudinal direction. Therefore, the physical properties depend on the type and direction of reinforcements. The thermal conductivity, electrical conductivity, and resin impregnation can be controlled by adding carbon nanotubes to polycarbonate resin. However, the carbon fiber used as a reinforcing material is expensive, interfacial adhesion issues occur, and simulation values are different from actual values, making it difficult to perform mathematical analysis. However, carbon nanotubes have advantages such as light weight, rigidity, impact resistance, and reduced number of parts compared to metals. Due to these advantages, it has been applied to various products to reduce weight, improve corrosion resistance, and increase impact durability. As the content of carbon nanotubes or carbon fibers increases, the mechanical properties and antistatic and electromagnetic shielding performance improve. It is expected that the amount of carbon nanotubes or carbon fibers can be optimized and applied to various industrial products.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.1
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pp.21-28
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2019
This study investigates the applicability of composite polyurea to contain fiber reinforcement like fiber glass, steel fiber and carbon nanotube. Polyurea as elastomer is an excellent water-proofing material with many mechanical characteristics such as high tensile strength, ductility, high rate of expansion and contraction, and so on. The reinforcing fibers can be utilized for improving the load-carrying capacity of concrete structures. The polyurea plays a role to improve the ductility and toughness. Composite polyurea takes the mechanical advantages of the fibers and the polyurea. The test variables include the type of reinforcing fiber, its spraying thickness, and its weight ratio contained in the composite polyurea. It is observed that the load-carrying capacity, and the ductility and toughness are improved with the increase in the spraying thickness and the weight ratio contained in the composite polyurea. It is expected that the composite polyurea can be widely utilized in enhancing the structural and seismic performance.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.12
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pp.34-41
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2020
Ready-mixed concrete is unconsolidated concrete typically transported to construction sites by using mixer trucks. A proper rotation of concrete is necessary to prevent its solidification in mixer trucks during transport: in accordance with the manufacturing method and quality inspection prescribed in KSF4009, this movement is maintained after the manufacturing of concrete in professional production plants and the addition of water, solid materials, and admixtures. Unfortunately, mixer truck parts wear out over long periods of time. In order to improve the wear resistance of the main part of mixer trucks, we used a steel plate with good wear resistance or partially added a reinforcement plate. In this study, we first tested the properties of concrete (as required for the DEM), and then carried out mixing and discharge simulations to define the actual operating conditions of mixer trucks. For each condition, we calculated the amount and location of wear. The reliability of our results was finally verified by comparing them with the measurement values. Overall, this study provided basic data for an optimal design of mixer trucks: one that would reduce the vehicles' weight and production costs.
As the excellent mechanical performance and easy construction of concrete filled steel tubes (CFST) composite structure, it has the potential to be used to strengthen RC pier columns. Therefore, tests were conducted on 2 reinforcement concrete (RC) stub columns and 9 RC columns strengthened with circular CFST under axial loading. The test results show that the circular CFST strengthening method is effective since the mean bearing capacity of the RC columns is increased at least 3.69 times and the ductility index is significantly improved more than 30%. One of the reasons for enhancement is obvious confinement provided by steel tube besides the additional bearing capacity supplied by the strengthening materials. From the analysis of the enhancement ratio, the strengthening structure has at least an extra 20% amplification except for taking full advantage of the strength of the strengthening material. Through the analysis of confining stress provided by steel tube and the stress-strain relationship of confined concrete, it is found that the strength of the core concrete can be increased by 21-33% and the ultimate strain can be enhanced to beyond $15,000{\mu}{\varepsilon}$.
The shear behaviour of reinforced concrete members has been studied over the past decades by various researchers, and it can be simulated by analysing shear panel elements which has been regarded as a basic element of reinforced concrete members subjected to in-plane biaxial stresses. Despite various experimental studies on shear panel element which have been conducted so far, there are still a lot of uncertainties related to what influencing factors govern the shear behaviour and affect failure mechanism in reinforced concrete members. To identify the uncertainties, a finite element analysis can be used, which enables to investigate the impact of specific variables such as the reinforcement ratio, the shear retention factor, and the material characteristics including aggregate interlock, tension stiffening, compressive softening, and shear behaviour at the crack surface. In this study, a non-linear probabilistic analysis was conducted on reinforced concrete panels using a finite element method optimized for reinforced concrete members and advanced sampling techniques so that probabilistic analysis can be performed effectively. Consequently, this study figures out what analysis methodology and input parameters have the most influence on shear behaviour of reinforced concrete panels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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