Strengthening of reinforced concrete beams with externally bonded fiber reinforced polymer plates/sheets technique has become widespread in the last two decades. Although a great deal of research has been conducted on simply supported RC beams, a few studies have been carried out on continuous beams strengthened with FRP composites. This paper presents a simple uniaxial nonlinear analytical model that is able to accurately estimate the load carrying capacity and the behaviour of damaged RC continuous beams flexural strengthened with externally bonded prestressed composite plates on both of the upper and lower fibers, taking into account the thermal load. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, i.e., the damaged concrete beam, the FRP plate and the adhesive layer. The flexural analysis results and analytical predictions for the prestressed composite strengthened damaged RC continuous beams were compared and showed very good agreement in terms of the debonding load, yield load, and ultimate load. The use of composite materials increased the ultimate load capacity compared with the non strengthened beams. The major objective of the current model is to help engineers' model FRP strengthened RC continuous beams in a simple manner. Finally, this research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the FRP-damaged RC hybrid structures.
While the external axial compressive load is applied to only the shell edge of stringer-stiffened shell in the most of numerical and analytical previous studies (entitled as conventional approach), a part of external load is applied to the stringers in real conditions. It leads to decrease the accuracy of the axial buckling load calculated by the conventional eigenvalue analysis approach performed in the most of previous studies. In this study, the distribution of stress in the pre-buckling analysis was enhanced by applying the axial external compressive load to both shell and stringers to perform an accurate eigenvalue analysis of the stringer-stiffened composite shell. In this regard, a model was developed in FORTRAN environment to simulate the laminated stringer-stiffened shell under axial compressive load using finite strip method. The axial buckling load of the shell was obtained through eigenvalue analysis. A comparison was made between the results obtained from the model and those available in the previous studies to evaluate the validity of the results obtained from the model. Through a parametric study, the effects of different parameters such as stringer properties and composite layup on the buckling load of the shell under different loading patterns were investigated. The results indicated that in some cases, the axial buckling load obtained for the conventional approach used in the most of previous studies is significantly overestimated or underestimated due to neglecting the stringer in distribution of external load applied to the stringer-stiffened shell. According to the results obtained from the parametric study, some graphs were derived to show the accuracy of the axial buckling load obtained from the conventional approach utilized in the literature.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.11a
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pp.46-49
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2000
A decoupled thermo-~lezoelectric-mechanical model of composite laminates with surface bonded piezoelectric actuators, subjected to externally applied load, temperature change load, electric field load is developed. The governing differential equations are obtained by applying the principle of free energy and variational techniques. A higher order zigzag theory displacement field is employed to accurately capture the transverse shear and normal effects in laminated composite plates of arbitrary thickness.
Park, Jaeseok;Kim, Hongsik;Seungpil Moon;Junmin Cha;Park, Daeseok;Roy Billinton
KIEE International Transactions on Power Engineering
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v.2A
no.3
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pp.95-101
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2002
This paper illustrates a new fuzzy effective load model for probabilistic and fuzzy production cost simulation of the load point of the composite power system. A model for reliability evaluation of a transmission system using the fuzzy set theory is proposed for considering the flexibility or ambiguity of capacity limitation and overload of transmission lines, which are subjective matter characteristics. A conventional probabilistic approach was also used to model the uncertainties related to the objective matters for forced outage rates of generators and transmission lines in the new model. The methodology is formulated in order to consider the flexibility or ambiguity of load forecasting as well as capacity limitation and overload of transmission lines. It is expected that the Fuzzy CMELDC (CoMposite power system Effective Load Duration Curve) proposed in this study will provide some solutions to many problems based on nodal and decentralized operation and control of an electric power systems in a competitive environment in the future. The characteristics of this new model are illustrated by some case studies of a very simple test system.
Chen-yu Lv;Yuan-cheng Guo;Yong-hui Li;An-di Hu-yan;Wen-min Yao
Geomechanics and Engineering
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v.33
no.4
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pp.341-352
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2023
Long-short pile composite foundations bear both vertical and horizontal loads in many engineering applications. This study used indoor model tests to determine the horizontal bearing mechanism of a composite foundation with long and short piles under horizontal loads. A custom experimental device was developed to prevent excessive eccentricity of the vertical loading device caused by the horizontal displacement. ABAQUS software was used to analyze the influence of the load size and cushion thickness on the horizontal bearing mechanism. The results reveal that a large vertical load leads to soil densification and increases the horizontal bearing capacity of the composite foundation. The magnitude of the horizontal displacement of the pile and the horizontal load borne by the pile are related to the piles' positions. Due to different pile lengths, the long piles exhibit long pile effects and experience bending deformation, whereas the short piles rotate around a point (0.2 L from the pile bottom) as the horizontal load increases. Selecting a larger cushion thickness significantly improves the horizontal load sharing capacity of the soil and reduces the horizontal displacement of the pile top.
Tharwat Osman;Salwa A. Mohamed;Mohamed A. Eltaher;Mashhour A. Alazwari;Nazira Mohamed
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.25-43
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2024
In this article, a mathematical model is developed to predict the dynamic behavior of bio-inspired composite beam with helicoidal orientation scheme under variable axial load using a unified higher order shear deformation beam theory. The geometrical kinematic relations of displacements are portrayed with higher parabolic shear deformation beam theory. Constitutive equation of composite beam is proposed based on plane stress problem. The variable axial load is distributed through the axial direction by constant, linear, and parabolic functions. The equations of motion and associated boundary conditions are derived in detail by Hamilton's principle. Using the differential quadrature method (DQM), the governing equations, which are integro-differential equations are discretized in spatial direction, then they are transformed into linear eigenvalue problems. The proposed model is verified with previous works available in literatures. Parametric analyses are developed to present the influence of axial load type, orthotropic ratio, slenderness ratio, lamination scheme, and boundary conditions on the natural frequencies of composite beam structures. The present enhanced model can be used especially in designing spacecrafts, naval, automotive, helicopter, the wind turbine, musical instruments, and civil structures subjected to the variable axial loads.
Creating different cutout shapes in order to make doors and windows, reduce the structural weight or implement various mechanisms increases the likelihood of buckling in thin-walled structures. In this study, the effect of cutout shape and geometric imperfection (GI) is simultaneously investigated on the critical buckling load and knock-down factor (KDF) of composite cylindrical shells. The GI is modeled using single perturbation load approach (SPLA). First, in order to assess the finite element model, the critical buckling load of a composite shell without cutout obtained by SPLA is compared with the experimental results available in the literature. Then, the effect of different shapes of cutout such as circular, elliptic and square, and perturbation load imperfection (PLI) is investigated on the buckling behavior of cylindrical shells. Results show that the critical buckling load of a shell without cutout decreases by increasing the PLI, whereas increasing the PLI does not have a great impact on the critical buckling load in the presence of cutout imperfection. Increasing the cutout area reduces the effect of the PLI, which results in an increase in the KDF.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.489-496
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2002
The lateral buckling of a laminated composite beam is studied. A general analytical model applicable to the lateral buckling of a composite beam subjected to various types of loadings is derived. This model is based on the classical lamination theory, and accounts for the material coupling for arbitrary laminate stacking sequence configuration and various boundary conditions. The effects of the location of applied loading on the buckling capacity are also included in the analysis. A displace-based one-dimensional finite element model is developed to predict critical loads and corresponding buckling modes for a thin-walled composite beam with arbitrary boundary conditions. Numerical results are obtained for thin-walled composites under central point load, uniformly distributed load, and pure bending with angle-ply and laminates. The effects of fiber orientation location of applied load, and types of loads on the critical buckling loads are parametrically studied.
Kim, Hong-Sik;Mun, Seung-Pil;Choe, Jae-Seok;No, Dae-Seok;Cha, Jun-Min
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.50
no.9
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pp.431-439
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2001
This Paper illustrates a new numerical analysis method using a nodal effective load model for nodal probabilistic production cost simulation of the load point in a composite power system. The new effective load model includes capacities and uncertainties of generators as well as transmission lines. The CMELDC(composite power system effective load duration curve) based on the new effective load model at HLll(Hierarchical Level H) has been developed also. The CMELDC can be obtained from convolution integral processing of the outage capacity probabilistic distribution function of the fictitious generator and the original load duration curve given at the load point. It is expected that the new model for the CMELDC proposed in this study will provide some solutions to many problems based on nodal and decentralized operation and control of an electric power systems under competition environment in future. The CMELDC based on the new model at HLll will extend the application areas of nodal probabilistic production cost simulation, outage cost assessment and reliability evaluation etc. at load points. The characteristics and effectiveness of this new model are illustrated by a case study of MRBTS(Modified Roy Billinton Test System).
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.52
no.10
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pp.584-592
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2003
This paper presents a fuzzy-GA method for the allocation and operation of dispersed generator systems(DGs) based on load model in composite distribution systems. Groups of each individual load model consist of residential, industrial, commercial, official and agricultural load. The problem formulation considers an objective to reduce power loss of distribution systems and the constraints such as the number or total capacity of DGs and the deviation of the bus voltage. The main idea of solving fuzzy goal programming is to transform the original objective function and constraints into the equivalent multi-objectives functions with fuzzy sets to evaluate their imprecise nature for the criterion of power loss minimization, the number or total capacity of DGs and the bus voltage deviation, and then solve the problem using genetic algorithm. The method proposed is applied to IEEE 12 bus and 33 bus test systems to demonstrate its effectiveness. .
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[게시일 2004년 10월 1일]
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