Han, Sun-Jin;Kim, Jae Hyun;Choi, Seung-Ho;Heo, Inwook;Kim, Kang Su
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.3
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pp.311-321
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2022
In the buildings with long spans and high floors, such as logistics warehouses and semiconductor factories, it is difficult to install supporting posts under beams during construction. Therefore, the size of structural members becomes larger inevitably, resulting in a significant increase in construction costs. Accordingly, a prestressed hybrid wide flange (PHWF) beam with hollowed steel webs was developed, which can reduce construction costs by making multiple openings in the web of the steel member embedded in concrete. However, since multiple openings exist and prestress is introduced only into the bottom flange concrete, it is necessary to identify the shear resistance mechanism of the PHWF beam. This study presents experimental shear tests of PHWF beams with hollowed steel webs. Four PHWF beams with cast-in-place (CIP) concrete were fabricated, with key variables being the width and spacing of the steel webs embedded in the concrete and the presence of shear reinforcing bars, and web-shear tests were conducted. The shear behavior of the PHWF beam, including crack patterns, strain behavior of steel webs, and composite action between the prestressed bottom flange and CIP concrete, were measured and analyzed comprehensively. The test results showed that the steel web resists external shear forces through shear deformation when its width is sufficiently large, but as its width decreased, it exerted its shear contribution through normal deformation in a manner similar to that of shear reinforcing bars. In addition, it was found that stirrups placed on the cross section where the steel web does not exist contribute to improving the shear strength and deformation capacity of the member. Based on the shear behavior of the specimens, a straightforward calculation method was proposed to estimate the web-shear strength of PHWF beams with CIP concrete, and it provided a good estimation of the shear strength of PHWF beams, more accurate than the existing code equations.
Soft bending actuators have gained significant interest in robotic applications due to their compliance and lightweight nature. Their compliance allows for safer and more natural interactions with humans or other objects, reducing the risk of injury or damage. However, the nonlinear behaviour of soft actuators presents challenges in accurately predicting their bending motion and force exertion. In this research, a new comprehensive study has been conducted by employing a developed 3D finite element model (FEM) to investigate the effect of geometrical and material parameters on the bending behaviour of a soft pneumatic actuator reinforced with Kevlar fibres. A series of experiments are designed to validate the FE model, and the FE model investigates the improvement of actuator performance. The material used for fabricating the actuator is RTV-2 silicone rubber. In this study, the Cauchy stress was expanded for hyperelastic models and the best model to express the stress-strain behaviour based on ASTM D412 Type C tensile test for this material has been obtained. The results show that the greatest bending angle was achieved for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 1.5 mm and second layer thickness of 1 mm. In comparison, the maximum response force was obtained for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 6 mm and a second layer thickness of 2 mm. Additionally, this research opens up new possibilities for development of safer and more efficient robotic systems that can interact seamlessly with humans and their environment.
Park, Jeong Yong;Kim, Seong Do;Cho, Baik Soon;Cheung, Jin Hwan
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.4
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pp.183-193
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2006
This study deals with the response of reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber sheets. Test beams are subjected to static loading and repeated loading. Based on the static test results of the RC beams strengthened with carbon fiber sheets, repeated loading tests are performed. The variables of repeated loading test are composed of the number of carbon fiber sheets, the existence of U-shaped band at the end for anchoring, and loading rate of repeated loading, etc. Test results show the flexural behavior, the characteristics of strength, the characteristics of ductility, the change of flexural rigidity, and the amount of energy loss of RC beams under monotonic incremental loading and repeated loading. The failure strain of carbon fiber sheets is also estimated under repeated loading. From the experimental results, this work presents a basis of the data needed to analyze and design the static and dynamic flexural response of RC beams strengthened with carbon fiber sheets.
In order to improve the seismic performance of reinforced concrete (RC) frame structure, high performance fiber reinforced concrete (HPFRC) energy dissipation walls were installed in RC frame to form a new aseismic structure. Two half-scale HPFRC energy dissipation wall-RC frame specimens were designed and constructed. Quasi-static tests were performed to study the failure mechanism, deformation performance, and energy dissipation performance. The test results indicate that HPFRC energy dissipation wall-RC frame structures can achieve the seismic fortification objective of being "repairable after major earthquake". Based on the incremental dynamic analysis (IDA) method, seismic fragility analysis of the HPFRC energy dissipation wall-RC frame structure was performed by using PERFORM-3D structural analysis software and 44 ground motion records. The results show that the HPFRC material has good tensile strain hardening performance, which can improve the damage resistance and energy dissipation capacity of the structure or components. When the structure collapses, the average spectral acceleration response corresponding to the fundamental period of the structure calculated by 44 ground motion records is greater than the spectral acceleration corresponding to the fundamental period of the structure duringa rare earthquake with a fortification intensity of 8 degree, so the HPFRC energy dissipation wall-RC frame structure has good anti-collapse ability. Under the action of a rare earthquake of magnitude 8, the exceeding probability of collapse of the HPFRC energy dissipation wall-RC frame structureis 0.03%, which meets the requirements forseismic protection of the structure under the action of a large earthquake.
Kim, Ho-Jin;Nam, Jin-Won;Kim, Sung-Bae;Kim, Jang-Ho;Byun, Keun-Joo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.19
no.2
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pp.241-250
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2007
In case of retrofitting a concrete structure subjected to blast load by using retrofit materials such as FRP (fiber-reinforced polymer), appropriate ductility as well as raising stiffness must be obtained. But the previous approximate and simplified models, which have been generally used in the design and analysis of structures subjected to blast load, cannot accurately consider effects on retrofit materials. Problems on the accuracy and reliability of analysis results have also been pointed out. In addition, as the response of concrete and reinforcement on dynamic load is different from that on static load, it is not appropriate to use material properties defined in the previous static or quasi-static conditions to in calculating the response on the blast load. In this study, therefore, an accurate HFPB (high fidelity physics based) finite element analysis technique, which includes material models considering strength increase, and strain rate effect on blast load with very fast loading velocity, has been suggested using LS-DYNA, an explicit analysis program. Through the suggested analysis technique, the behavior on the blast load of retrofitted concrete walls using CFRP (carbon fiber-reinforced polymer) and GFRP (glass fiber-reinforced polymer) have been analyzed, and the retrofit capacity analysis has also been carried out by comparing with the analysis results of a wall without retrofit. As a result of the analysis, the retrofit capacity showing an approximate $26{\sim}28%$ reduction of maximum deflection, according to the retrofit, was confirmed, and it is judged ate suggested analysis technique can be effectively applicable in evaluating effectiveness of retrofit materials and techniques.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.44
no.4
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pp.592-601
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2015
Rubus coreanus is known as Korean black raspberry, native to Korea, Japan, and China. Preliminary studies evaluating their potential for cancer treatment in mammalian test systems are ongoing. In recent years, interest has been renewed due to their high levels of anthocyanins. Anthocyanins in black raspberry are important due to their potential health benefits as dietary antioxidant, anti-inflammatory compound, and as a chemopreventive agent. In the present study, Saccharomyces cerevisiae BA29 was isolated from black raspberry fruit and fruit juice as a biogenic amine non-producing strain for manufacturing of black raspberry wine, after which we investigated its characteristics: biogenic amine-producing ability, cell growth ability, alcohol-fermentation ability, and resistance to alcohol, glucose, and sulfur dioxide. Based on preliminary experiments, we optimized culture medium compositions for improving dried cell weight of S. cerevisiae BA29 by response surface methodology (RSM) as a statistical method. Design for RSM used a central composite design, and molasses with the industrial applicability was used as a carbon source. Through statistical analysis, we obtained optimum values as follows: molasses 200 g/L, peptone 30 g/L, and yeast extract 40 g/L. For the model verification, we confirmed about 3-fold improvement of dried cell weight from 6.39 to 20.9167 g/L compared to basal yeast peptone dextrose medium. Finally, we manufactured black raspberry wine using S. cerevisiae BA29 and produced alcohol of 20.33%. In conclusion, S. cerevisiae isolated from black raspberry fruit and juices has a great potential in the fermentation of black raspberry wine.
Seo, Seunghwan;Park, Jaehyun;Lee, Sungjune;Chung, Moonkyung
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.34
no.10
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pp.61-74
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2018
In this study, the pull-out behavior of tunnel type anchorage of suspension bridges was analyzed based on results from laboratory size model tests and numerical analysis. Tunnel type anchorage has found its applications occasionally in both domestic and oversea projects, therefore design method including failure mode and safety factor is yet to be clearly established. In an attempt to improve the design method, scaled model tests were conducted by employing simplified shapes and structure of the Ulsan grand bridge's anchorage which was the first case history of its like in Korea. In the model tests, the anchorage body and the surrounding rocks were made by using gypsum mixture. The pull-out behavior was investigated under plane strain conditions. The results of the model tests showed that the tunnel type anchorage underwent wedge shape failure. For the verification of the model tests, numerical analysis was carried out using ABAQUS, a finite element analysis program. The failure behavior predicted by numerical analysis was consistent with that by the model tests. The result of numerical analysis also showed that the effect of Poisson's ratio was negligible, and that a plugging type failure mode could occur only when the strength of the surrounding rocks was 10 times larger than that of anchorage body.
The flexural strength of composite HSB I-girders under a positive moment was investigated using the moment-curvature analysis method to evaluate the applicability of the current AASHTO LRFD design specifications to such girders. A total of 2,391 composite I-girder sections that satisfied the section proportion limits of the AASHTO LRFD specifications was generated by the random sampling technique to consider a wide range of section properties. The flexural capacities of the sections were calculated inthe nonlinear moment-curvature analysis in which the HSB600 and HSB800 steels were modeled as an elasto-plastic strain-hardening material, and the concrete, as a CEB-FIP model. The effects of the ductility ratio and the compressive strength of the concrete slab on the flexural strength of the composite girders made of HSB and SM520-TMC steels were analyzed. The numerical results indicated that the current AASHTO LRFD equation can be used to calculate the flexural strength of composite girders made of HSB600 steel. In contrast, the current AASHTO LRFD equation was found to be non-conservative in its prediction of the flexural strength of composite HSB800 girders. Based on the numerical results of this study for 2,391 girders, a new design equation for the flexural strength of composite HSB800 girders in a positive moment was proposed.
Kim, Hye-Yun;Lee, Jae-Won;Jeffries, Thomas W.;Choi, In-Gyu
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.39
no.1
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pp.75-85
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2011
The main purpose of this study is to evaluate the potential of producing bioethanol from yellow poplar ($Liriodendron$$tulipifera$) wood chips by oxalic acid pretreatment and to examine the pretreatment conditions by response surface methodology (RSM). Based on $2^3$ factorial design, adjusted variables were reaction temperature ($^{\circ}C$), residence time (min), and acid loading (g/g), and a series of distinct 15 experimental conditions was organized with duplication at central point (total 16 performances). After pretreatment, simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was subjected on solid fraction with yeast strain $Pichia$$stipitis$. Maximum ethanol yields of the most samples were measured at 72 hours and applied to RSM as a dependent variable. 9.7 g/${\ell}$ of ethanol was produced from the solid pretreated at $180^{\circ}C$ for 40 min with 0.013 g/g of oxalic acid loading. According to the response surface methodology, it was determined that the temperature is the most governing factor via statistic analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.12
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pp.1441-1446
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2014
In the present paper, the effects of the thickness and width of a curved wide-plate, the crack length, and the strain hardening exponent on the crack-tip constraint of the curved wide-plate were investigated. To accomplish this, detailed three-dimensional elastic-plastic finite element (FE) analyses were performed considering various geometric and material variables. The material was characterized by the Ramberg-Osgood relationship, and the Q-stress was employed as a crack-tip constraint parameter. Based on the present FE results, the variations in the Q-stress of the curved wide-plate with the geometric variables and material properties were evaluated. This revealed that the effect of out-of-plane constraint conditions on the crack-tip constraint was closely related to the in-plane constraint conditions, and out-of-plane constraint conditions affected the crack-tip constraint more than in-plane constraint conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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