The problem of a concrete cross section under flexural and axial loading is indeterminate due to the existence of more unknowns than equations. Among the infinite solutions, it is possible to find the optimum, which is that of minimum reinforcement that satisfies certain design constraints (section ductility, minimum reinforcement area, etc.). This article proposes the automation of the optimum reinforcement calculation under any combination of flexural and axial loading. The procedure has been implemented in a program code that is attached in the Appendix. Conventional-strength or high-strength concrete may be chosen, minimum reinforcement area may be considered (it being possible to choose between the standards ACI 318 or Eurocode 2), and the neutral axis depth may be constrained in order to guarantee a certain sectional ductility. Some numerical examples are presented, drawing comparisons between the results obtained by ACI 318, EC 2 and the conventional method.
The longitudinal axial strain in the plastic hinge region of reinforced concrete (RC) columns influences on the structural behavior of RC structures subjected to reversed cyclic loading. This strain decreases the effective compressive strength of concrete and increases the lateral displacements between stories by causing the elongation of member length. This paper investigated the effects of the axial force on the elongation of a RC member by using a sectional analysis of RC members. The analytical and experimental results indicated that the axial force decreased the axial strain in the plastic hinge region of RC columns. In this study, a model was proposed to predict the axial strain of RC columns. The proposed model considering the effects of axial force ratio consisted of three path types ; Path 1-loading region, Path 2-unloading region, and Path 3-reversing cyclic loading region. The axal strains predicted by the proposed model were compared with the test results of RC columns with various axial force ratios, and agreed reasonably with the observed longitudinal strains.
The flexural behaviour of symmetrically reinforced concrete (RC) columns cast of normal- and high-strength concrete under both monotonic and cyclic loading is studied based on an analytical procedure, which employs the actual stress-strain curves and takes into account the stress-path dependence of concrete and steel reinforcement. The analysis is particularly extended into the post-peak stage with large inelastic deformation at various applied axial load level. The effect of axial load on their complete flexural behaviour is then identified based on the results obtained. The axial load is found to have fairly large effect on the flexural behaviour of RC columns under both monotonic and cyclic loading. Such effects are discussed through examination of various aspects including the moment-curvature relationship, moment capacity, flexural ductility, variation of neutral axis depth and steel stress.
In coal mining activities, the abutment stress of the coal has to undergo cyclic loading and unloading, affecting the strength and seepage characteristics of coal; additionally, it can cause dynamic disasters, posing a major challenge for the safety of coal mine production. To improve the understanding of the dynamic disaster mechanism of gas outburst and rock burst coupling, triaxial devices are applied to axial pressure cyclic loading-unloading tests under different axial stress peaks and different pore pressures. The existing empirical formula is use to perform a non-linear regression fitting on the relationship between stress and permeability, and the damage rate of permeability is introduced to analyze the change in permeability. The results show that the permeability curve obtained had "memory", and the peak stress was lower than the conventional loading path. The permeability curve and the volume strain curve show a clear symmetrical relationship, being the former in the form of a negative power function. Owing to the influence of irreversible deformation, the permeability difference and the damage of permeability mainly occur in the initial stage of loading-unloading, and both decrease as the number of cycles of loading-unloading increase. At the end of the first cycle and the second cycle, the permeability decreased in the range of 5.777 - 8.421 % and 4.311-8.713 %, respectively. The permeability decreases with an increase in the axial stress peak, and the damage rate shows the opposite trend. Under the same conditions, the permeability of methane is always lower than that of helium, and it shows a V-shape change trend with increasing methane pressures, and the permeability of the specimen was 3 MPa > 1 MPa > 2 MPa.
Junhua Xiao;Jiapei Ma;Jianfeng Xue;Zhiyong Liu;Yingqi Bai
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.5
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pp.481-489
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2023
Drained cyclic triaxial tests were conducted on a saturated sand to examine its deformation characteristics under either axial or lateral cyclic loading condition. To apply lateral cyclic loading, the cell pressure was cycled while maintaining a constant vertical stress. The strain accumulations and flow direction in the soil were presented and discussed considering various initial stress ratios (η0), cyclic stress amplitudes and cyclic stress paths. The results indicate that axial strain accumulation shows an exponential increase with the maximum stress ratio (ηmax). The initial deviatoric stress has comparable effects with lateral cyclic stress amplitude on the accumulated axial strain. In contrast, the accumulated volumetric strain is directly proportional to the lateral cyclic stress amplitude but not much affected by η0 values. Due to the anisotropy of the soil, the accumulated axial and lateral bulging strains are greater in lateral cyclic loading when compared to axial cyclic loading even though ηmax is the same. It is also found that ηmax affects soil's lateral deformation and increasing the ratio could change the lateral deformation from contraction to bulging. The flow direction depends on ηmax in the sand under lateral cyclic loading, regardless of η0 values and the cyclic stress amplitudes, and a large ηmax could lead to great deviatoric strain but a little volumetric strain accumulation.
In order to analyze the mechanical properties of two-way different configurations of prestressed concrete members subjected to axial loading, a finite element model based on the nuclear power plant containments is demonstrated. This model takes into account the influences of different principal stress directions, the uniaxial or biaxial loading, and biaxial loading ratio. The displacement-controlled load is applied to obtain the stress estrain response. The simulated results indicate that the differences of principal stress axes have great effects on the stress-strain response under uniaxial loading. When the specimens are subjected to biaxial loading, the change trend of stress with the increase of loading ratio is obviously different along different layout directions. In addition, correlation experiments and finite element analyses were conducted to verify the validity and reliability of the analysis in this study.
This paper has numerically investigated the changes of loading-induced stress in concrete with the corrosion time in the sulfate-containing environment. Firstly, based on Fick's law and reaction kinetics, a diffusion-reaction equation of sulfate ion in concrete is proposed, and it is numerically solved to obtain the spatial and temporal distribution of sulfate ion concentration in concrete by the finite difference method. Secondly, by fitting the existed experimental data of concrete in sodium sulfate solutions, the chemical damage of concrete associated with sulfate ion concentration and corrosion time is quantitatively presented. Thirdly, depending on the plastic-damage mechanics, while considering the influence of sulfate attack on concrete properties, a simplified chemo-mechanical damage model, with stress-based plasticity and strain-driven damage, for concrete under axial loading and sulfate attack is determined by introducing the chemical damage degree. Finally, an axially compressed concrete prism immersed into the sodium sulfate solution is regarded as an object to investigate the time-varying stress in concrete subjected to the couplings of axial loading and sulfate attack.
This paper presents experimental investigations of the fundamental behavior of concrete filled steel tube (CFT) beam-columns under fire loading. A total of thirteen specimens were tested to determine the axial force-moment-curvature-temperature behavior of CFT beam-columns. The experimental approach involved the use of: (a) innovative heating and control equipment to apply thermal loading and (b) digital image correlation with close-range photogrammetry to measure the deformations (e.g., curvature) of the heated region. Each specimen was sequentially subjected to: (i) constant axial loading; (ii) thermal loading in the expected plastic hinge region following the ASTM E119 temperature-time T-t curve; and (iii) monotonically increasing flexural loading. The effects of various parameters on the strength and stiffness of CFT beam-columns were evaluated. The parameters considered were the steel tube width, width-tothickness ratio, concrete strength, maximum surface temperature of the steel tube, and the axial load level on the composite CFT section. The experimental results provide knowledge of the fundamental behavior of composite CFT beam-columns, and can be used to calibrate analytical models or macro finite element models developed for predicting behavior of CFT members and frames under fire loading.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.11a
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pp.913-920
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1996
In this study, the counting method for multi-axial and multi-point load states was proposed. Using this counting method, the load spectrum is generated from the service load history which is measured for boom structure of excavator. Loading state for loading points of boom structure is described as a multi-dimensional state space. From this load spectrum, the stress spectrum was generated by FEM analysis using the superposition of the unit load. The cumulated damage at the severe damage point of In nm structure by the failure example is calculated by Palmgren-Miner's rule. As a result of this study, the fatigue life estimation using the multi-axial and multi-point load counting method is useful.
Shahraki, Mehdi;Sohrabi, Mohammad Reza;Azizyan, Gholamreza;Narmashiri, Kambiz
Steel and Composite Structures
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v.30
no.1
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pp.69-79
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2019
Numerous problems have always vexed engineers with buckling, corrosion, bending, and over-loading in damaged steel structures. The present study aims to study the possible effects of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) for strengthening deficient Steel Square Hollow Section (SHS) columns. To this end, the effects of axial loading, stiffness values, axial displacement, the shape of deficient on the length of steel SHS columns were evaluated based on a detailed parametric study. Ten specimens were tested to failure under axial compression in laboratory and simulated by using Finite Element (FE) analysis based on numerical approach. The results indicated that the application of CFRP sheets resulted in reducing stress in the damage location and preventing or retarding local deformation around the deficiency location appropriately. In addition, the retrofitting method could increase loading the carrying capacity of specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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