Favvata, Maria J.;Karayannis, Chris G.;Liolios, Asterios A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.33
no.2
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pp.113-136
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2009
The seismic induced interaction between multistory structures with unequal story heights (inter-story pounding) is studied taking into account the local response of the exterior beam-column joints. Although several parameters that influence the structural pounding have been studied sofar, the role of the joints local inelastic behaviour has not been yet investigated in the literature as key parameter for the pounding problem. Moreover, the influence of the infill panels as an additional parameter for the local damage effect of the joints on the inter-story pounding phenomenon is examined. Thirty six interaction cases between a multistory frame structure and an adjacent shorter and stiffer structure are studied for two different seismic excitations. The results are focused: (a) on the local response of the critical external column of the multistory structure that suffers the hit from the slab of the adjacent shorter structure, and (b) on the local response of the exterior beam-column joints of the multistory structure. Results of this investigation demonstrate that the possible local inelastic response of the exterior joints may be in some cases beneficial for the seismic behaviour of the critical column that suffers the impact. However, in all the examined cases the developing demands for deformation of the exterior joints are substantially increased and severe damages can be observed due to the pounding effect. The presence of the masonry infill panels has also been proved as an important parameter for the response of the exterior beam-column joints and thus for the safety of the building. Nevertheless, in all the examined inter-story pounding cases the presence of the infills was not enough for the total amelioration of the excessive demands for shear and ductility of the column that suffers the impact.
An experimental study was performed to investigate the earthquake resistance of the beam-column connections as a part of a precast concrete moment-resisting frame that uses precast concrete U-shaped shells for the beams. Five full-scale precast concrete specimens and one conventional monolithic concrete specimen were tested under cyclic loading. The parameters for this test were the reinforcement ratio, stirrup spacing, and end-strengthening details of the precast beam shell. The test results showed that regardless of the test parameters, the precast concrete beam-column connections showed good load-carrying capacity and deformation capacity, which were comparable to those of conventional monolithic concrete specimen. However, at large deformations, the beam-column connections of the precast concrete specimens were subjected to severe strength degradation due to diagonal shear cracks and the bond-slip of re-bars at the joint region. For this reason, the energy dissipation capacity and stiffness of the precast concrete specimens were significantly less than those of the cast-in-place specimen.
Commonly in steel frames, steel beam and concrete slab are connected together by shear keys to work as a unit member which is called composite beam. When a composite beam is subjected to positive bending, flexural strength and stiffness of the beam can be increased due to "composite action". At the same time despite these advantages, composite action increases the strain at the beam bottom flange and it might affect beam plastic rotation capacity. This paper presents results of study on the rotation capacity of composite beam connected to Rectangular Hollow Section (RHS) column in the steel moment resisting frame buildings. Due to out-of-plane deformation of column flange, moment transfer efficiency of web connection is reduced and this results in reduction of beam plastic rotation capacity. In order to investigate the effects of width-to-thickness ratio (B/t) of RHS column on the rotation capacity of composite beam, cyclic loading tests were conducted on three full scale beam-to-column subassemblies. Detailed study on the different steel beam damages and concrete slab damages are presented. Experimental data showed the importance of this parameter of RHS column on the seismic behavior of composite beams. It is found that occurrence of severe concrete bearing crush at the face of RHS column of specimen with smaller width-to-thickness ratio resulted in considerable reduction on the rate of strain increase in the bottom flange. This behavior resulted in considerable improvement of rotation capacity of this specimen compared with composite and even bare steel beam connected to the RHS column with larger width-to-thickness ratio.
Moment resisting stub columns (MRSCs) have increasingly adopted in special moment-resisting frame (SMF) systems in steel building structures, especially in Asian countries. The MRSCs typically provide a lower deformation capacity compared to shear-panel stub columns, a limited post-yield stiffness, and severe strength degradation as adopting slender webs. A new MRSC design with cored configuration, consisting of a core-segment and two side-segments using different steel grades, has been proposed in the study to improve the demerits mentioned above. Several full-scale components of the cored MRSC were experimentally investigated focusing on the hysteretic performance of plastic hinges at the ends. The effects of the depths of the core-segment and the adopted reduced column section details on the hysteretic behavior of the components were examined. The measured hysteretic responses verified that the cored MRSC enabled to provide early yielding, great ductility and energy dissipation, enhanced post-yield stiffness and limited strength degradation due to local buckling of flanges. A parametric study upon the dimensions of the cored MRSC was then conducted using numerical discrete model validated by the measured responses. Finally, a set of model equations were established based on the results of the parametric analysis to accurately estimate strength backbone curves of the cored MRSCs under increasing-amplitude cyclic loadings.
Fe-based amorphous coatings were fabricated on a soda-lime glass substrate by the vacuum kinetic spray method. The effect of the gas flow rate, which determines particle velocity, on the deposition behavior of the particle and microstructure of the resultant films was investigated. The as-fabricated microstructure of the film was studied by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM). Although the activation energy for transformation from the amorphous phase to crystalline phase was lowered by severe plastic deformation and particle fracturing under a high strain rate, the crystalline phases could not be found in the coating layer. Incompletely fractured and small fragments 100~300 nm in size, which are smaller than initial feedstock material, were found on the coating surface and inside of the coating. Also, some pores and voids occurred between particle-particle interfaces. In the case of brittle Fe-based amorphous alloy, particles fail in fragmentation fracture mode through initiation and propagation of the numerous small cracks rather than shear fracture mode under compressive stress. It could be deduced that amorphous alloy underwent particle fracturing in a vacuum kinetic spray process. Also, it is considered that surface energy caused by the formation of new surfaces and friction energy contributed to the bonding of fragments.
Although the aircraft industry was the first to use fibre composites, now they are increasingly used in a range of structural applications such as flooring, decking, platforms and roofs. Interlayer delamination is a major failure mode which threatens the reliability of composite structures. Delamination can grow in size under increasing loads with time and hence leads to severe loss of structural integrity and stiffness reduction. Delamination reduces the natural frequency and as a consequence may result in resonance. Hence, the study of the effects of delamination on the free vibration behaviour of multilayer composite structures is imperative. The focus of this paper is to develop a 3D FE model and investigate the free vibration behaviour of fibre composite multilayer sandwich panels with interlayer delaminations. A series of parametric studies are conducted to assess the influence of various parameters of concern, using a commercially available finite element package. Additionally, selected points in the delaminated region are connected appropriately to simulate bolting as a remedial measure to fasten the delamination region in the aim of reducing the effects of delamination. First order shear deformation theory based plate elements have been used to model each sandwich layer. The findings suggest that the delamination size and the end fixity of the plate are the most important factors responsible for stiffness reduction due to delamination damage in composite laminates. It is also revealed that bolting the delaminated region can significantly reduce the natural frequency variation due to delamination thereby improving the dynamic performance.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.22
no.4
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pp.492-500
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2019
Equal channel angular pressing(ECAP) is a severe plastic deformation technique capable of introducing large shear strain in bulk metal materials. However, if an ECAPed material has an inhomogeneous microstructure and anisotropic mechanical properties, this material is difficult to apply as structural components subjected to multi-axial stress during use. In this study, extruded oxygen-free copper(OFC) rods with a large diameter of 42 mm are extruded through ECAP by route Bc up to 12 passes. The variations in the microstructure, hardness, tensile properties, and microstructural and mechanical homogeneity of the ECAPed samples are systematically analyzed. High-strength OFC rods with a homogeneous and equiaxed-ultrafine grain structure are obtained by the repeated application of ECAP up to 8 and 12 passes. ECAPed samples with 4 and 8 passes exhibit much smaller differences in terms of the average grain sizes on the cross-sectional area and the tensile strengths along the axial and circumferential directions, as compared to the samples with 1 and 2 passes. Therefore, it is considered that the OFC materials, which are fabricated via the ECAP process with pass numbers of a multiple of 4, are suitable to be applied as high-strength structural parts used under multi-axial stress conditions.
At 0843 UTC 30 May 2021, a commercial aircraft encountered severe turbulence at z = 11.5 km associated with the rapid development of Mesoscale Convective System (MCS) in the Gyeonggi Bay of Korea. To investigate the generation mechanisms of Near-Cloud Turbulence (NCT) near the MCS, Weather Research and Forecasting model was used to reproduce key features at multiple-scales with four nested domains (the finest ∆x = 0.2 km) and 112 hybrid vertical layers. Simulated subgrid-scale turbulent kinetic energy (SGS TKE) was located in three different regions of the MCS. First, the simulated NCT with non-zero SGS TKE at z = 11.5 km at 0835 UTC was collocated with the reported NCT. Cloud-induced flow deformation and entrainment process on the downstream of the overshooting top triggered convective instability and subsequent SGS TKE. Second, at z = 16.5 km at 0820 UTC, the localized SGS TKE was found 4 km above the overshooting cloud top. It was attributed to breaking down of vertically propagating convectively-induced gravity wave at background critical level. Lastly, SGS TKE was simulated at z = 11.5 km at 0930 UTC during the dissipating stage of MCS. Upper-level anticyclonic outflow of MCS intensified the environmental westerlies, developing strong vertical wind shear on the northeastern quadrant of the dissipating MCS. Three different generation mechanisms suggest the avoidance guidance for the possible NCT events near the entire period of the MCS in the heavy air traffic area around Incheon International Airport in Korea.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.2
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pp.24-33
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2017
Domestic urban railway underground station structures, which were built in the 1970s ad 1980s, had been constructed as Cut-and-Cover construction system without seismic design. Because the trends of earthquake occurrence is constantly increasing all over the world as well as the Korean Peninsula, massive human casualties and severe properties and structures damage might be occurred in an non-retrofitted underground station during an earthquake above a certain scale. Therefore, to evaluate the retrofit effect and soil-structure interaction of seismic retrofitted underground station, a centrifugal shaking table test with enhanced stiffness on its structural main member are carried out on 1/60 scaled model using the Kobe and Northridge earthquakes. The seismic retrofitted members, which are columns, side walls, and slabs, are evaluated to comparing with existing non-retrofitted centrifuge test results Also, to simulate the scaled ground using variation of shear velocity according to site conditions such as ground depth and density, resonant column test is performed. From the test results, the relative displacement behavior between ground and structures shows comparatively similar in ground, but is increased on ground surface. The seismic retrofit effects were measured using relative displacements and moment behavior of column and side walls rather than slabs. Additionally, earthquake wave can be used to main design factor due to large structural deformation on Kobe earthquake wave than Norhridge earthquake wave.
In piloti-type low-rise RC residential buildings, severe damages have been usually concentrated at piloti stories under the earthquake. In this study, a piloti story was retrofitted by installation of buckling-restrained braces (BRB's) to increase strength and stiffness of piloti story and by application of fiber reinforced polymer (FRP) sheet on columns to avoid the brittle shear and axial failure of columns. To verify this retrofit performance, reversed cyclic lateral load tests were performed on 1:5 scale bare and retrofitted frames. The test results showed that yield strength (43.2 kN) appeared to be significantly larger than design value (30 kN) due to the increase of strength in the compression side, but the stiffness value (11.6 kN/mm) turned out to be approximately one-half of the design value (24.2 kN/mm). The reasons for this difference in stiffness were due to slippage at joint between the frame and the BRB's, displacement and rotation at footing. The energy absorption capacity of the retrofitted frame was 7.5 times larger than that of the bare frame. The change of the number of load cells under the footing from 2 to 1 reduced lateral stiffness from 11.6 kN/mm to 6 kN/mm, which was only three times larger than that of the bare frame (2.1 kN/mm).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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