Naghipour, Morteza;Khalili, Aidin;Hasani, Seyed Mohammad Reza;Nematzadeh, Mahdi
Steel and Composite Structures
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v.42
no.2
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pp.191-207
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2022
Undoubtedly, the employment of direct bond interaction between steel and concrete is preceding the other mechanisms because of its ease of construction. However, the large scatter in the experimental data about the issue has hindered the efforts to characterize bond strength. In the following research, the direct bond interaction and bond-slip behavior of CFTs with circular cross-section were examined through repeated load-reversed push-out tests until four cycles of loading. The influence of different parameters including the diameter of the tube and the use of shear tabs were assessed. Moreover, the utilization of expansive concrete and external spirals was proposed and tested as ways of improving bond strength. According to the results section dimensions, tube slenderness, shrinkage potential of concrete, interface roughness and confinement are key factors in a natural bond. Larger diameters will lead to a considerable drop in bond strength. The use of shear tabs by their associated bending moments increases the bond stress up to eight times. Furthermore, employment of external spirals and expansive concrete have a sensible effect on enhancing bonds. Macro-locking was also found to be the main component in achieving bond strength.
Steel-concrete composite slabs represent a very efficient floor solution combining the key performance of two different materials: the steel and the concrete. Composite slab response is governed by the degree of the interaction between these two materials, mainly depending by chemical and mechanical bond. The latter is characterized by a limited degree of confinement if compared with the one of the rebars in reinforced concrete members while the former is remarkably influenced by the type of concrete and the roughness of the profiled surface, frequently lubricated during the cold-forming manufacturing processes. Indeed, owing to the impossibility to guarantee a full interaction between the two materials, a key parameter governing slab design is represented by the horizontal shear-bond strength, which should be always experimentally estimated. According to EC4, the design of the slab bending resistance, is based on the simplified assumption that the decking sheet is totally yielded, i.e., always in plastic range, despite experimental and numerical researches demonstrate that a large part of the steel deck resists in elastic range when longitudinal shear collapse is achieved. In the paper, the limit strain for composite slab, which corresponds to the slip, i.e., the debonding between the two materials, has been appraised by means of a refined numerical method used for the simulation of experimental results obtained on 8 different composite slab types. In total, 71 specimens have been considered, differing for the properties of the materials, cross-section of the trapezoidal profiled metal sheets and specimen lengths.
In this study, characteristics of the seismic response of the non-earthquake resistant reinforced concrete (RC) frame were identified. The test building is designed to withstand only gravity loads and not in compliance with modern seismic codes. Smooth bars were utilized for the reinforcement. Members are provided with minimal amount of stirrups to withstand low levels of shear forces and the core concrete is virtually not confined. Columns are slender and more flexible than beams, and beam-column connections were built without stirrups. Through the modeling of an example RC frame, the feasibility of the fiber elementbased 3D nonlinear analysis method was investigated. Since the torsion is governed by the fundamental mode shape of the structure under dynamic loading, pushover analysis cannot predict torsional response accurately. Hence, dynamic response history analysis is a more appropriate analysis method to estimate the response of an asymmetric building. The latter method was shown to be accurate in representing global responses by the comparison of the analytical and experimental results. Analytical models without rigid links provided a good estimation of reduced stiffness and strength of the test structure due to bond-slip, by forming plastic hinges closer to the column ends. However, the absence of a proper model to represent the bond-slip poased the limitations on the current inelastic analysis schemes for the seismic analysis of buildings especially for those with round steel reinforcements. Thus, development of the appropriate bond-slip model is in need to achieve more accurate analysis.
This paper presents a case study of an enhanced geothermal system(EGS) demonstration project conducted in $Gro{\ss}$$Sch{\ddot{o}}nebeck$, Northerm Germany, focusing on hydraulic stimulation. The project was conducted with doublet system in sandstone and volcanic formations at 4 - 4.4 km depth. Under normal faulting to strike-slip faulting stress regime, hydraulic stimulations were conducted at injection and production wells by massive waterfrac and gel-proppant fracturing. Injectivity index increased from $0.97m^3/(hr^*MPa)$ to $7.5m^3/(hr^*MPa)$ and productivity index increased from $2.4m^3/(hr^*MPa)$ to $10.1m^3/(hr^*MPa)$ by a series of hydraulic stimulations at both wells. After circulation tests through injection and production wells, however, productivity index decreased from $8.9m^3/(hr^*MPa)$ to $0.6m^3/(hr^*MPa)$ in two years. Slip tendency analysis for the stimulation in volcanic layer estimated the required pressure for shear slip and its preferred orientations and it showed reasonable match with actual stimulation results. Through the microseismicity observation for the stimulation of volcanic formation, only 80 seismic events with its moment magnitudes in -1.8<$M_W$<-1.0 were observed, which are unexpectedly low for EGS hydraulic stimulation.
Kim, W.J.;Lee, J.B.;Kim, W.Y.;Jeong, H.G.;Park, J.D.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.05a
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pp.57-58
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2006
The effects of lowering ECAP temperature during ECAP process and Post-ECAP annealing on microstructure, texture and mechanical properties of the AZ31 alloys have been investigated in the present study. The as-extruded materials were ECAP processed to 2 passes at 553K prior to subsequent pressing up to 6 passes at 523K or 493K. When this method of lowering ECAP temperature during ECAP was used, the rods could be successfully deformed up to 6 passes without any surface cracking. Grain refinement during ECAP process at 553K might have helped the material to endure further straining at lower deformation temperatures probably by increasing the strain accommodation effect by grain boundary sliding, causing stress relaxation. Texture modification during ECAP has a great influence on the strength of Mg alloys because HCP metals have limited number of slip systems. As slip is most prone to take place on basal planes in Mg at room temperature, the rotation of high fraction of basal planes to the directions favorable for slip as in ECAP decreases the yield stress appreciably. The strength of AZ31 Mg alloys increases with decrease of grain size if the texture is constant though ECAP deformation history is different. A standard positive strength dependence on the grain size for Mg alloys with the similar texture (Fig. 1) supports that the softening of ECAPed Mg alloys (a negative slope) typically observed despite the significant grain refinement is due to the texture modification where the rotation of basal planes occurs towards the orientation for easier slip. It could be predicted that if the original fiber texture is restored after ECAP treatment yielding marked grain refinement, yield stress as high as 500 MPa will be obtained at the grain size of ${\sim}1{\mu}m$. Differential speed rolling (DSR) with a high speed ratio between the upper and lower rolls was applied to alter the microstructure and texture of the AZ31 sheets. Significant grain refinement took place during the rolling owing to introduction of large shear deformation. Grain size as small as $1.4{\mu}m$ could be obtained at 423K after DSR. There was a good correlation between the (0002) pole intensity and tensile elongation. This result indicates that tensile ductility improvement in the asymmetrically rolled AZ31 Mg alloys is closely related to the weakening of basal texture during DSR. Further basal texture weakening occurred during annealing after DSR. According to Hall-Petch relation shown in Fig. 1, the strength of the asymmetrically rolled AZ31 is lower than that of the symmetrically rolled one when compared at the same grain size. This result was attributed to weakening of fiber texture during DSR. The DSRed AZ31, however, shows higher strength than the ECAPed AZ31 where texture has been completely replaced by a new texture associated with high Schmid factors.
FRP-concrete interfacial mechanical properties determine the strengthening effect of RC beams strengthened with FRP. In this paper, the model experiments were carried out with eight specimens to study the failure modes and the strengthening effect of RC beams strengthened with FRP. Then a theoretical model based on interfacial performances was proposed and interfacial mechanical behaviors were studied. Finite element analysis confirmed the theoretical results. The results showed that RC beams strengthened with FRP had three loading stages and that the FRP strengthening effects were mainly exerted in the Stage III after the yielding of steel bars, including the improvement of the bearing capacity, the decreased ultimate deformation due to the sudden failure of FRP and the improvement of stiffness in this stage. The mechanical formulae of the interfacial shear stress and FRP stress were established and the key influence factors included FRP length, interfacial bond-slip parameter, FRP thickness, etc. According to the theoretical analysis and experimental data, the calculation methods of interfacial shear stress at FRP end and FRP strain at midspan were proposed. When FRP bonding length was shorter, interfacial shear stress at FRP end was larger that led to concrete cover peeling failure. When FRP was longer, FRP reached the ultimate strain and the fracture failure of FRP occurred. The theoretical results were well consistent with the experimental data.
Brunesi, E.;Nascimbene, R.;Deyanova, M.;Pagani, C.;Zambelli, S.
Computers and Concrete
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v.15
no.6
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pp.951-972
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2015
The focus of the present study is to investigate both local and global behaviour of a precast concrete sandwich panel. The selected prototype consists of two reinforced concrete layers coupled by a system of cold-drawn steel profiles and one intermediate layer of insulating material. High-definition nonlinear finite element (FE) models, based on 3D brick and 2D interface elements, are used to assess the capacity of this technology under shear, tension and compression. Geometrical nonlinearities are accounted via large displacement-large strain formulation, whilst material nonlinearities are included, in the series of simulations, by means of Von Mises yielding criterion for steel elements and a classical total strain crack model for concrete; a bond-slip constitutive law is additionally adopted to reproduce steel profile-concrete layer interaction. First, constitutive models are calibrated on the basis of preliminary pull and pull-out tests for steel and concrete, respectively. Geometrically and materially nonlinear FE simulations are performed, in compliance with experimental tests, to validate the proposed modeling approach and characterize shear, compressive and tensile response of this system, in terms of global capacity curves and local stress/strain distributions. Based on these experimental and numerical data, the structural performance is then quantified under various loading conditions, aimed to reproduce the behaviour of this solution during production, transport, construction and service conditions.
Ha, Ju-Hyung;Yi, Na-Hyun;Cho, Yun-Gu;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.1
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pp.45-52
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2012
A variety of retrofit material such as CFRP, GFRP, and PolyUrea have been developed for strengthening RC structures and infrastructures. From previously reported research results, the capacity of strengthened concrete structures was dictated by the behavior of the interface between retrofit material and concrete. In this study, bond-shear test was carried out to estimate the bond behavior between retrofit material and concrete using a newly developed test grip. The test results of load and slip relation and energy absorption capacity of each retrofit material were obtained. These test results will provide basic information for retrofit material selection to achieve target retrofit performance.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.32
no.4
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pp.616-622
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2015
Current ballast water treatment technologies are applying chemical or electrical treatment technology which are not free from secondary environmental pollution. The purpose of this study is to treat the ballast water by shear stress without an additional environmental pollution and to find out the optimal treatment apparatus. We tried to treat ballast water by applying shear stress with two different type of combination of inner and outer cylinder, such as non-pattern type and groove type. In the case of non-pattern type of inner and outer cylinder, sterilization effect was comparatively low because of a slip between inner and outer cylinder. But in the case of groove type of inner and outer cylinder, sterilization effect was superior to the non-pattern type. With a same revolutional speed of 8000rpm, an extinction effect was acquired in the gap of 1 mm of inner and outer cylinder at non-pattern type, but 3mm of that of groove type.
The fatigue strength of a nickel-base superalloy was studied. Stress-controlled fatigue tests were carried out at $700^{\circ}C$ and 5 Hz using triangular wave forms. In this study, two kinds of testing procedures were adopted. One is the conventional tension-zero fatigue test(R = 0). The other was a procedure in which the maximum stress was held at 1000 MPa and the minimum stress was diverse from zero to 1000 MPa at 24 and $700^{\circ}C$. The results of the fatigue tests at $700^{\circ}C$ indicate that the fracture mechanism changed according to both the mean stress and the stress range. At a higher stress range, ${\gamma}^{\prime}$ precipitates are sheared by a/2<110> dislocation pairs coupled by APB. Therefore, in a large stress range, the deformation occurred by shearing of ${\gamma}^{\prime}$ by a/2<110> dislocations, which brought about crystallographic shear fracture. As the stress range was decreased, the fracture mode gradually changed from crystallographic shear fracture to gradual growth of fatigue cracks. At an intermediate stress range, as it became more difficult for a/2<110> dislocation pairs to shear ${\gamma}^{\prime}$ particles, cracks started to propagate in the matrix, avoiding the harder ${\gamma}^{\prime}$ particles. High mean stress induced creep deformation, that is, ${\gamma}^{\prime}$ particles were sheared by {111}<112> slip systems, which led to the formation of stacking faults in the precipitates. Thus, the change in fracture mechanism brought about the inversion of the S-N curves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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