To increase the stiffness and strength of a reinforced concrete shear wall, steel plates are bolted to the sides of the wall. The general behavior of a composite concrete-steel shear wall is dependent on the buckling of the steel plates that should be prevented. In this paper, the unilateral buckling of steel plates of a composite shear wall is studied using the Rayleigh-Ritz method. To model the unilateral buckling of steel plate, the restraining concrete wall is described as an elastic foundation with high stiffness in compression and zero stiffness in tension. To consider the effect of bolt connections on the plate's buckling, a constrained optimization problem is solved by using Lagrange multipliers method. This process is used to obtain the critical elastic local buckling coefficients of unilaterally-restrained steel plates with various numbers of bolts, subjected to pure compression, bending and shear loading, and the interaction between them. Using these results, the spacing between shear bolts in composite steel plate shear walls is estimated and compared with the results of the AISC seismic provisions (2016). The results show that the AISC seismic provisions(2016) are overly conservative in obtaining the spacing between shear bolts.
Xiaohu Li;Hao Luo;Xihao Ren;Tao Zhang;Lei Li;Ke Shi
Structural Engineering and Mechanics
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제90권4호
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pp.345-356
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2024
This paper aims to investigate the seismic behavior of double steel plate and concrete composite shear wall (DSCW) of shield buildings in nuclear power engineering through experimental study. Hence, a total of 10 specimens were tested to investigate the hysteretic performance of DSCW specimens in detail, in terms of load vs. displacement hysteretic curves, skeleton curves, failure modes, flexural strength, energy dissipation capacity. The experimental results indicated that the thickness of steel plate, vertical load and stiffener have great influence on the shear bearing capacity of shear wall, and the stud space has limited influence on the shear capacity. And finally, a novel simplified formula was proposed to predict the shear bearing capacity of composite shear wall. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental results.
The rheological property of hollow PANI malonate suspension in silicone oil was investigated by varying the electric fields and shear rates, respectively. The hollow PANI malonate susepnsion showed a typical electrorheological (ER) response caused by the polarizability of an amide polar group and shear yield stress due to the formation of chains upon application of an electric field. The shear stress for the hollow PANI malonate suspension exhibited an electric field power of 0.90. On the basis of the experimental results, the newly synthesized hollow PANI malonate suspension was found to be an anhydrous ER fluid.
We investigated complex damped modes in beams in the presence of a viscoelastic layer sandwiched between two elastic layers. The problem was solved using two approaches, (1) Rayleigh beam theory and analyzed using the Ritz method, and (2) by using 2D plane stress elasticity based finite-element method. The damping in the layers was modeled using the complex modulus. Simply-supported, cantilever, and viscously supported boundary conditions were considered in this study. Simple trigonometric functions were used as admissible functions in the Ritz method. The key idea behind sandwich structure is to increase damping in a beam as affected by the presence of a highly-damped core layer vibrating mainly in shear. Different assumptions are utilized in the literature, to model shear deformation in the core layer. In this manuscript, we used FEM without any kinematic assumptions for the transverse shear in both the core and elastic layers. Moreover, numerical examples were studied, where the base and constraining layers were also damped. The loss factor was calculated by modal strain energy method, and by solving a complex eigenvalue problem. The efficiency of the modal strain energy method was tested for different loss factors in the core layer. Complex mode shapes of the beam were also examined in the study, and a comparison was made between viscoelastically and viscously damped structures. The numerical results were compared with those available in the literature, and the results were found to be satisfactory.
The performance of the $k-{\varepsilon}$ and $k-{\omega}$ two-equation turbulence models was investigated in computational simulations of the neutrally stratified atmospheric boundary layer developing above various terrain types. This was achieved by using a proposed methodology that mimics the experimental setup in the boundary layer wind tunnel and accounts for a decrease in turbulence parameters with height, as observed in the atmosphere. An important feature of this approach is pressure regulation along the computational domain that is additionally supported by the nearly constant turbulent kinetic energy to Reynolds shear stress ratio at all heights. In addition to the mean velocity and turbulent kinetic energy commonly simulated in previous relevant studies, this approach focuses on the appropriate prediction of Reynolds shear stress as well. The computational results agree very well with experimental results. In particular, the difference between the calculated and measured mean velocity, turbulent kinetic energy and Reynolds shear stress profiles is less than ${\pm}10%$ in most parts of the computational domain.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제9권4호
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pp.415-425
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2015
Reinforced concrete beams with insufficient shear reinforcement were strengthened using glass fiber reinforced polymer (GFRP) plates. In the study, the effect of the number of bolts on the load capacity, energy dissipation, and stiffness of reinforced concrete beams were investigated by using anchor bolt of different numbers. Three strengthened with GFRP specimens, one flexural reference specimen designed in accordance to Regulation on Buildings Constructed in Disaster Areas rules, and one shear reinforcement insufficient reference specimen was tested. Anchorage was made on the surfaces of the beams in strengthened specimens using 2, 3 and 4 bolts respectively. All beams were tested under monotonic loads. Results obtained from the tests of strengthened concrete beams were compared with the result of good flexural reference specimen. The beam in which 4 bolts were used in adhering GFRP plates on beam surfaces carried approximately equal loads with the beam named as a flexural reference. The amount of energy dissipated by strengthened DE5 specimen was 96 % of the amount of energy dissipated by DE1 reference specimen. Strengthened DE5 specimen initial stiffness equal to DE1 reference specimen initial stiffness, but strengthened DE5 specimen yield stiffness about 4 % lower than DE1 reference specimen yield stiffness. Also, DE5 specimen exhibited ductile behavior and was fractured due to bending fracture. Upon the increase of the number of anchorages used in a strengthening collapsing manner of test specimens changed and load capacity and ductility thereof increased.
Fiber reinforced cementitious composites (FRCC) materials that exhibit strain-hardening and multiple cracking properties under tension were recently developed as innovative building materials for construction. This study aims at exploring the use of FRCC on the seismic performance of coupling beams with conventional reinforcement. Experimental tests were conducted on seven FRCC precast coupling beams with small span-to-depth ratios and one ordinary concrete coupling beam for comparison. The crack and failure modes of the specimens under the low cycle reversed loading were observed, and the hysteretic characteristics, deformation capacity, energy dissipation capacity and stiffness degradation were also investigated. The results show that the FRCC coupling beams have good ductility and energy dissipation capacities compared with the ordinary concrete coupling beam. As the confinement stirrups and span-to-depth ratio increase, the deformation capacity and energy dissipation capacity of coupling beams can be improved significantly. Finally, based on the experimental analysis and shear mechanism, a formula for the shear capacity of the coupling beams with small span-to-depth ratios was also presented, and the calculated results agreed well with the experimental results.
An experimental investigation of the machining characteristics of compact vermicular cast iron whose matrix were formulated under two kinds of annealing conditions has been conducted. The various characteristics of the machinability of CA cast iron depending upon its matrix and cutting condition have been obtained from the experiment. The results are as follow. As depth of cut increases, the shear stress slightly decreases in order $P_1, \P_2, \P_3$ which are classified by ferrite matrix of CV cast iron. As depth of cut increases, the normal stress increases, and annealing effect in heavy cutting is smaller than that in light cutting. The cutting energy slightly decreases, as depth of cut increases and the effect of annealing on cutting energy in light cutting is higher than that in heavy cutting. The cutting equation in this study are as follow. $P_1\:\2{\phi}\ + \1.49({\beta} - {\alpha} )=84^{\circ}$$P_2\:\2{\phi}\ + \1.36({\beta} - {\alpha} )=82^{\circ}$$P_3\:\2{\phi}\ + \1.34({\beta} - {\alpha} )=79^{\circ}$ Machining constants in this study for $P_1, P_2, P_3$give $74^{\circ} , 66^{\circ}, 61^{\circ}$ Tool wear increases as depth of cut increases, and decreases as ferrit matrix increases.
Thixotropy is a time-dependent shear-thinning phenomenon. We derived a new thixotropic formula which is based on the generalized viscosity formula of Ree and Eyring, $f={\Sigma}\frac{X_i}{{\alpha}_i}sinh^{-1}$ () (Refer to the text concerning the notation.) The following is postulated: (1) thixotropy occurs when small flow units attached to a large flow unit separate from the latter under stress (2) elastic energy(${\omega}$) is stored on the large flow unit during the flow process, and (3) the stored energy contributes to decrease the activation energy for flow. A new thixotropic formula was derived by using these postulations, $f={\frac}{X_0{\beta}_0}{\alpha_0}{\dot{s}}+{\frac}{X_1{\beta}_1}{{\alpha}_1}{\dot{s}}+{\frac}{X_2}{{\alpha_x}}sinh^{-1}$[$({\beta}_0)_2$ exp $(-C_2{\dot{s}}^2/RT){\cdot}{\dot{s}}$] f is the shear stress, and s is the rate of shear. In case of concentrated solutions where the Newtonian flow units have little contribution to the viscosity of the system, the above equation becomes, $f=\frac{X_2}{\alpha_2}sinh^{-1}$[$({\beta}_0)_2$ exp $(-C_2{\dot{s}}^2/RT){\cdot}{\dot{s}}$]. In order to confirm these formulas, we applied to TiO2(anatase and rutile)-water, printing ink and mayonnaise systems. Good agreements between the experiment and theory were observed.
To develop and understand dissimilar metals joining of Stainless steel and Copper, ultra-high speed laser lap welding was studied using single mode fiber laser in this study. SUS304 and Cu have large differences in materials properties, and Cu and Fe have no intermetallic compounds by typical binary phase of Cu and Fe system. In this study, ultra-high speed lap welds of SUS304 and Cu dissimilar metals using single-mode fiber laser was generated, and weldability of the weld fusion zone was evaluated using a tensile shear test. To understand the phenomenon of tensile shear load, weld fusion zone of interface weld area and fracture parts after tensile shear test were observed using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis system. And it was confirmed that Cu was easily melting and penetrating in the grain boundaries of SUS304 because of low melting temperature. And high thermal conductivity of copper occurred dissipate heat energy rapidly. These properties cause the solidification cracking in weld zone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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