New design method of R/C slab system based on finite element method has been presented. The proposed method can substitute inaccurate existing method, which has limitation in its application, and provide accurate and efficient design results for any type of slab system. Isoparametric plate element used in the slab design has been efficiently formulated to save computational time. Reinforcement has been determined by strength design method and compared with code minimum values. Graphical output through comprehensive contour map for resulting moments and designed steel areas has considerably facilitated design process. Accurate shear results from isoparametric plate element enabled to check punching shear in a proper manner. In addition to strength design criteria, serviceability has also been checked by utilizing newly developed inelastic deflection multiplier method. An example for circular slab with opening showed that the proposed method could be applied to design of irregular slab without any difficulty.
This paper has focused on presenting vibration analysis of trapezoidal sandwich plates with a damaged core and FG wavy CNT-reinforced face sheets. A damage model is introduced to provide an analytical description of an irreversible rheological process that causes the decay of the mechanical properties, in terms of engineering constants. An isotropic damage is considered for the core of the sandwich structure. The classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The First-order shear deformation theory of plate is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions for the trapezoidal plate. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using a mapping-generalized differential quadrature (GDQ) method in spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained using GDQ method. Validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. After demonstrating the convergence and accuracy of the method, different parametric studies for laminated trapezoidal structure including carbon nanotubes waviness (0≤w≤1), CNT aspect ratio (0≤AR≤4000), face sheet to core thickness ratio (0.1 ≤ ${\frac{h_f}{h_c}}$ ≤ 0.5), trapezoidal side angles (30° ≤ α, β ≤ 90°) and damaged parameter (0 ≤ D < 1) are carried out. It is explicated that the damaged core and weight fraction, carbon nanotubes (CNTs) waviness and CNT aspect ratio can significantly affect the vibrational behavior of the sandwich structure. Results show that by increasing the values of waviness index (w), normalized natural frequency of the structure decreases, and the straight CNT (w=0) gives the highest frequency. For an overall comprehension on vibration of laminated trapezoidal plates, some selected vibration mode shapes were graphically represented in this study.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.40
no.1
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pp.69-76
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2020
Bridges which are components of road network consume large amounts of resources such as concrete and steel materials, which have large environmental impacts during construction. This causes a great environmental burden. In order to reduce the environmental impact caused by the construction of the bridge, the environmental impact should be reviewed based on reasonable data in the early design stage. The purpose of this study is to provide basic data for LCA-based environmental impact assessment in the process of selecting bridge type in the early design stage. For this purpose, design data for four types of PSC bridges (general PSC girder, IPC girder, e-Beam, DR girder) were collected and LCA was performed to analyze the basic unit value and impact factors of environmental load. The results of the analysis showed that the environmental impact of IPC girder was the smallest, and the environmental impact of e-Beam was 133.7% higher than that of IPC girder. In addition, concrete, reinforcement, PC strand, square timber, sheath pipe, and steel plate were derived as the main factors that generate 98.5% of the overall environmental impact of PSC girder.
Many prefabricated concrete frame joints have been proposed, and most of them showed good seismic performance. However, there are still some limitations in the proposed fabricated joints. For example, for prefabricated prestressed concrete joints, prefabricated beams and prefabricated columns are assembled as a whole by the pre-stressed steel bar and steel strand in the beams, which brings some troubles to the construction, and the reinforcement in the core area of the joints is complex, and the mechanical mechanism is not clear. Based on the current research results, a new type of fabricated joint of prestressed concrete beams and confined concrete columns is proposed. To study the seismic performance of the joint, the quasi-static test is carried out. The test results show that the nodes exhibit good ductility and energy dissipation. According to the experimental fitting method and the "fixed point pointing" law, the resilience model of this kind of nodes is established, and compared with the experimental results, the two agree well, which can provides a certain reference for elasto-plastic seismic response analysis of this type of structure. Besides, based on the analysis of the factors affecting the shear capacity of the node core area, the formula of shear capacity of the core area of the node is proposed, and the theoretical values of the formula are consistent with the experimental value.
In order to replace existing slit type steel plate on the wooden structure joint, the FRP-reinforced laminated plates were produced. Four types of FRP-reinforced laminated plates were produced according to the type of reinforcement and adhesive, and before applying to the joint, the adhesion performance test according to KSF 3021 and KSF 2160 and the Compact Tension (CT) type fracture toughness test specified in ASTM D5045-99 were carried out. As a result of adhesion performance test, all GFRP textile, GFRP sheet, and GFRP Textile-Sheet type FRP-reinforced laminated plates satisfied the requirement of soaking delamination percentage with smaller than 5% based on KS standard. However, aramid type specimen satisfied the standard as the soaking delamination percentage of 4.8% but it did not satisfied the standard as the water proof soaking delamination percentage of 70%. As a result of fracture toughness test, the volume ratio of reinforcement to timber became 23% so that the strength of FRP-reinforced laminated plates increased by two to four times in comparison to the control specimen. It was confirmed that the GFRP Textile-Sheet type specimen was most resistant to the fracture most since the ratio of stress intensity factor compared with that of the control increased to 61% owing to the parallel arrangement of glass fiber to the load. As a result of tensile shear strength test using FRP-reinforced laminated plates and nonmetal dowels, it is about 12% lower than metal connectors.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.1
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pp.13-24
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2000
Current specification prescribes that upper and lower reinforcement mat is required in the same amount to resist negative and positive moment in bridge decks. But the negative moment is much smaller than positive moment because the actual behavior of decks consists of local deflection of slab and global deflection of girder. From this study, the analysis method based on harmonic analysis and slope-deflection method was developed and verified by finite element method. The negative moment, obtained from this method, were smaller than those computed based on the KHBDC specifications as much as 40∼50% in the middle of bridge. The amount of reduction of the design negative moment was shown herein to be dependent on variable parameters as shape factor(S/L) of slab, relative stiffness ratio of girder and deck slab, and so on. This investigations indicate that the upper reinforcement mat to resist negative moment can be removed. But further experimental study is required to consider durability and serviceability. From this new design concept, the construction expense can be reduced and the problem of decreasing durability resulting from corrosion of upper reinforcement steel settled.
The postbeam joint connection of the existing steel structure moment flexible frame system did not produce sufficient seismic resistance during the earthquakes in Northridge and Kobe, and it sustained brittle fracturing on the joint connection. This study was performed to execute the high-tensile bolt share connection of H-beams web and the full-scale experiment as a parameter of the existing reinforcement of H-flange rib, by making the shape of the existing joint connection. This experiment was performed to determine the extent of the decrease of the number of high-tensile bolts and how to improve workability of the two-phase shear connection of web beam. In addition, this study was performed to enhance the seismic resistant capacity through the enforcement of rib plates. As a result of the experiment of two-phase shear connection of H-beam web and of joint connection to be reinforced by rib plates, the results of this study showed that the initial stiffness, energy-dissipation capacity, and rotational capacity of plasticity was higher than the existing joint connection. As to the rate of increasing the strength and deformation capacity, there were differences between the tension side and compression side because of the position of shear tap. However, as a whole, they have shown excellent seismic resistant capacity. Also, all the test subjects exceeded 4% (rate of delamination), about 0.029 rad (total plastic capacity), and about 130% (maximum strength of joint connection) of fully plastic moment for the original section. Accordingly, this study was considered as it would be available in the design more than the intermediate-level of moment flexible frame.
In this study to improve stability, workability and economics of the H-Pile+Earth plate or H-Pile+Earth plate+Cutoff grouting currently in use, we had developed HCS method belonging to the retaining wall which is consisting of a combination H-Pile, Plastic Sheet Pile and Steel Square Pipe for gap maintenance and reinforcement of flexible plastic Sheet Pile, and the behavior of each member composing HCS method is investigated by three-dimensional finite element analysis. To numerically analyze the behavior of the HCS method, we have performed extensive three-dimentional finite element analysis for three kinds of plastic Sheet Pile size, two kinds of H-Pile size and three kinds of H-Pile installation interval, one kinds of Steel Square Pipe and three kinds of Steel Square Pipe installation interval. After analyzing the numerical results, we found that the combinations of $P.S.P-460{\times}131.5{\times}7t$ (PS7) and H-Pile $250{\times}250{\times}9{\times}14$ (H250), $P.S.P473{\times}133.5{\times}9t$ (PS9) and H-Pile $300{\times}200{\times}9{\times}14$ (H300) is the most economical because these combinations are considered to have a stress ratio (=applied stress/allowable stress) close to that as the stiffness of H-Pile, plastic Sheet Pile and Steel Square Pipe composite increased, the horizontal displacement of the retaining wall and the vertical displacement of the upper ground decreased. Especially, due to the arching effects caused by the difference in stiffness between H-Pile and plastic Sheet Pile, a large part of the earth pressure acting on plastic Sheet Pile caused a stress transfer to H-Pile, and the stress and displacement of plastic Sheet Pile were small. Through this study, we can confirm the behavior of each member constituting the HCS method, and based on the confirmed results of this study, it can be used to apply HCS method in reasonable, stable and economical way in the future.
Strengthening concrete structures with fiber reinforced polymer materials have grown to be a widely used method over most parts of the world today, which FRP was developed in 1960. A method to apply prestressing force to FRP is developed newly in these days, which can use the maximum performance of FRP materials. This paper presents the results of a study on improvement in flexural capacities of RC beams strenthened with near surface mounted prestressed CFRP rod and plate. Experimental variables include type of CFRP, prestressing level. Tests show that prestressed beams exhibit a higher crack-load as well as a higher steel-yielding load compared to non-prestressed strengthened beams.
Kim, Chan-Hee;Kim, Woo Seok;Lee, Ilkeun;Lee, Jaeha
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.1
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pp.23-31
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2018
Recently, there was an collision accident of vehicle-concrete median barrier and unfortunately, passengers were killed by exceeded capacity of concrete median. Therefore, improving the capacity of concrete median barrier is need to reduce damage. Accordingly, in this study, appropriate collision model verified by using the FE analysis program LS-Dyna and recommend a concrete median barrier section. The improvement parameters such as wire mesh diameter, steel plate, rubber pad were selected for improved capacity of the median barrier. Finally, section of concrete median barrier improved wire mesh diameter decreased volume loss, section of concrete median barrier improved rubber pad accepted impact loading and increased elastic area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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