This paper investigates the seismic performance of existing reinforced concrete frames with wide beams mainly designed for gravity loads, as typically found in the seismic-prone Mediterranean area before the introduction of modern codes. The seismic capacity is evaluated in terms of the overall amount of input energy that the frame can dissipate/absorb up to collapse. This approach provides a quantitative evaluation that can be useful for selecting and designing an appropriate retrofit strategy. Six prototype frames representative of past construction practices in the southern part of Spain are designed, and the corresponding non-linear numerical models are developed and calibrated with purposely conducted tests on wide beam-column subassemblages. The models are subjected to sixteen earthquake records until collapse by applying the incremental dynamic analysis method. It is found that the ultimate energy dissipation capacity at the story level is markedly low (about 1.36 times the product of the lateral yield strength and yield displacement of the story), giving values for the maximum amount of energy that the frame can dissipate which are from one fourth to half of that required in moderate-seismicity regions.
Kankeri, Pradeep;Prakash, S. Suriya;Pachalla, Sameer Kumar Sarma
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.5
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pp.535-546
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2018
The objective of this study is to understand the behaviour of hollow core slabs strengthened with FRP and hybrid techniques through numerical and analytical studies. Different strengthening techniques considered in this study are (i) External Bonding (EB) of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) laminates, (ii) Near Surface Mounting (NSM) of CFRP laminates, (iii) Bonded Overlay (BO) using concrete layer, and (iv) hybrid strengthening which is a combination of bonded overlay and NSM or EB. In the numerical studies, three-dimensional Finite Element (FE) models of hollow core slabs were developed considering material and geometrical nonlinearities, and a phased nonlinear analysis was carried out. The analytical calculations were carried out using Response-2000 program which is based on Modified Compression Field Theory (MCFT). Both the numerical and analytical models predicted the behaviour in agreement with experimental results. Parametric studies indicated that increase in the bonded overlay thickness increases the peak load capacity without reducing the displacement ductility. The increase in FRP strengthening ratio increased the capacity but reduced the displacement ductility. The hybrid strengthening technique was found to increase the capacity of the hollow core slabs by more than 100% without compromise in ductility when compared to their individual strengthening schemes.
The adsorption of lithium ion onto zeolite was investigated depending on contact time, initial concentration, cation forms, pH, and adsorption isotherms by employing batch adsorption experiment. The zeolite was converted into different forms such $K^+$, $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$, and $Al^{3+}$. The zeolite had the higher adsorption capacity of lithium ion in $K^+$ form followed by $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, and $Al^{3+}$ forms, which was in accordance with their elctronegativities. The lithium ion adsorption was explained using the Langmuir, Freundlich, and Dubinin-Radushkevich adsorption isotherms and kinetic models. Adsorption rate of lithium ion by zeolite modified in $K^+$ form was controlled by pseudo-second-order and particle diffusion kinetic models. The maximum adsorption capacity obtained from Langmuir isotherm was 17.0 mg/g for zeolite modified in $K^+$ form. The solution pH influenced significantly the lithium ions adsorption capacity and best results were obtained at pH 5-10.
The domestic and foreign scholars conducted many studies on mechanical properties of wave web steel beam and high-strength spiral stirrups confined concrete columns. Based on the previous research work, studies were conducted on the anti-seismic property of the end plate bolt connected wave web steel beam and high-strength spiral stirrups confined concrete column nodes applied with pre-tightening force. Four full-size node test models in two groups were designed for low-cycle repeated loading quasi-static test. Through observation of the stress, distortion, failure process and failure mode of node models, analysis was made on its load-carrying capacity, deformation performance and energy dissipation capacity, and the reliability of the new node was verified. The results showed that: under action of the beam-end stiffener, the plastic hinges on the end of wave web steel beam are displaced outward and played its role of energy dissipation capacity. The study results provided reliable theoretical basis for the engineering application of the new types of nodes.
PURPOSES : The purpose of this study is to present a linear programing optimization model for the design of lane-based lane-uses and signal timings for an isolated intersection. METHODS: For the optimization model, a set of constraints for lane-uses and signal settings are identified to ensure feasibility and safety of traffic flow. Three types of objective functions are introduced for optimizing lane-uses and signal operation, including 1) flow ratio minimization of a dual-ring signal control system, 2) cycle length minimization, and 3) capacity maximization. RESULTS : The three types of model were evaluated in terms of minimizing delay time. From the experimental results, the flow ratio minimization model proved to be more effective in reducing delay time than cycle length minimization and capacity maximization models and provided reasonable cycle lengths located between those of other two models. CONCLUSIONS : It was concluded that the flow ratio minimization objective function is the proper one to implement for lane-uses and signal settings optimization to reduce delay time for signalized intersections.
This paper proposed a novel form of reinforced concrete (RC) shear wall confined with boundary columns. The structural effect of applying steel fiber reinforced concrete (SFRC) in the wall-column systems was studied. Three full-scale wall samples were constructed including two RC wall-RC column samples with different stirrup ratios and one RC wall-SFRC column sample. Low frequency cyclic testing was carried out to investigate the failure modes, hysteretic behavior, load-bearing capacity, ductility, stiffness degradation and energy dissipation. ABAQUS models were set up to simulate the structural behavior of tested samples, and good agreement was achieved between numerical simulation and experimental results. A further supplementary parametric study was conducted based on ABAQUS models. Both experimental and numerical results showed that increasing stirrup ratio in boundary columns did not affect much on load bearing capacity or stiffness degradation of the system. However, applying SFRC in boundary columns showed significant enhancement on load bearing capacity. Numerical simulation also shows that the structural performances of RC wall-SFRC column system were comparable to a wall-column system fully with SFRC.
Reinforced concrete flat plates consist of slabs supported directly on columns. The absence of beams makes these systems attractive due to advantages such as economical formwork, shorter construction time, less total building height with more clear space and architectural flexibility. Punching shear failure is usually the governing failure mode of flat plate structures. Punching failure is brittle in nature which induces more vulnerability to this type of structure. To analyze the flat plate behavior under punching shear, twelve finite element models of flat plate on a column with different parameters have been developed and verified with experimental results. The maximum range of variation of punching stress, obtained numerically, is within 10% of the experimental results. Additional finite element models have been developed to analyze the influence of integrity reinforcement, clear cover and column reinforcement. Variation of clear cover influences the punching capacity of flat plate. Proposed finite element model can be a substitute to mechanical model to understand the influence of clear cover. Variation of slab thickness along with column reinforcement has noteworthy impact on punching capacity. From the study it has been noted that integrity reinforcement can increase the punching capacity as much as 19 percent in terms of force and 101 percent in terms of deformation.
This paper aims at investigating the capability of different FRP/concrete interface models to predict the effect of carbon nanotubes on the flexural behavior of RC beams strengthened with CFRP. Three different interfacial bond models are proposed to simulate the adhesion between CFRP composites and concrete, namely: full bond, nonlinear spring element, and cohesive zone model. 3D Nonlinear finite element model is developed then validated using experimental work conducted by the authors in a previous investigation. Cohesive zone model (CZM) has the best agreement with the experimental results in terms of load-deflection response. CZM is the only bond model that accurately predicted the cracks patterns and failure mode of the strengthened RC beams. The FE model is then expanded to predict the effect of bond strength on the flexural capacity of RC beams strengthened with externally bonded CNTs modified CFRP composites using CZM bond model. The results reveal that the flexural capacity of the strengthened beams increases with increasing the bond strength value. However, only 23% and 22% of the CFRP stress and strain capacity; in the case of full bond; can be utilized before failure.
The study is part of an experimental program on full-scale Un-Reinforced Masonry (URM) wall panels strengthened with Textile reinforced mortars (TRM). Eight brick walls (two with and five without central opening), were tested under the diagonal tension (shear) test method in order to investigate the strengthening system effectiveness on the in-plane behaviour of the walls. All the URM panels consist of the innovative components, named "Orthoblock K300 bricks" with vertical holes and a thin layer mortar. Both of them have great capacity and easy application and can be constructed much more rapidly than the traditional bricks and mortars, increasing productivity, as well as the compressive strength of the masonry walls. Several parameters pertaining to the in-plane shear behaviour of the retrofitted panels were investigated, including shear capacity, failure modes, the number of layers of the external TRM jacket, and the existence of the central opening of the wall. For both the control and retrofitted panels, the experimental shear capacity and failure mode were compared with the predictions of existing prediction models (ACI 2013, TA 2000, Triantafillou 1998, Triantafillou 2016, CNR 2018, CNR 2013, Eurocode 6, Eurocode 8, Thomoglou et al. 2020). The experimental work allowed an evaluation of the shear performance in the case of the bidirectional textile (TRM) system applied on the URM walls. The results have shown that some analytical models present a better accuracy in predicting the shear resistance of all the strengthened masonry walls with TRM systems which can be used in design guidelines for reliable predictions.
Zhihua Xiong;Zhuoxi Liang;Xuyao Liu;Markus Feldmann;Jiawen Li
Steel and Composite Structures
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v.48
no.5
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pp.531-545
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2023
Composite dowels are implemented as a powerful alternative to headed studs for the efficient combination of Ultra High-Performance Concrete (UHPC) with high-strength steel in novel composite structures. They are required to provide sufficient shear resistance and ensure the transmission of tensile forces in the composite connection in order to prevent lifting of the concrete slab. In this paper, the load bearing capacity of puzzle-shaped and clothoidal-shaped dowels encased in UHPC specimen were investigated based on validated experimental test data. Considering the influence of the embedment depth and the spacing width of shear dowels, the characteristics of UHPC square plate on the load bearing capacity of composite structure, 240 numeric models have been constructed and analyzed. Three artificial intelligence approaches have been implemented to learn the discipline from collected experimental data and then make prediction, which includes Artificial Neural Network-Particle Swarm Optimization (ANN-PSO), Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) and an Extreme Learning Machine (ELM). Among the factors, the embedment depth of composite dowel is proved to be the most influential parameter on the load bearing capacity. Furthermore, the results of the prediction models reveal that ELM is capable to achieve more accurate prediction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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