Mohabeddine, Anis I.;Eshaghi, Cyrus;Correia, Jose A.F.O.;Castro, Jose M.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.447-456
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2022
Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.
Once the foundation displacement of the transmission tower occurs, additional stress will be generated on the tower members, which will affect the seismic response of transmission tower-line systems (TTLSs). Furthermore, existing research has shown that the reciprocating slippage of joints needs to be considered in the seismic analysis. The hysteretic behavior of joints is obtained by model tests or numerical simulations, which leads to the low modeling efficiency of TTLSs. Therefore, this paper first utilized numerical simulation and model tests to construct a BP neural network for predicting the skeleton curve of joints, and then a numerical model for a TTLS considering the bolt slippage was established. Then, the seismic response of the TTLS under foundation displacement was studied, and the member stress changes and the failed member distribution of the tower were analyzed. The influence of foundation displacement on the seismic performance were discussed. The results showed that the trained BP neural network could accurately predict the hysteresis performance of joints. The slippage could offset part of the additional stress caused by foundation settlement and reduce the stress of some members when the TTLS with foundation settlement was under earthquakes. The failure members were mainly distributed at the diagonal members of the tower leg adjacent to the foundation settlement and that of the tower body. To accurately analyze the seismic performance of TTLSs, the influence of foundation displacement and the joint effect should be considered, and the BP neural network can be used to improve modeling efficiency.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.1
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pp.21-28
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2012
In this paper, we present the analytical study results pertaining to the buckling of the orthotropic plates and local buckling of structural compression members composed of orthotropic plate components. Fiber reinforced polymeric plastic (FRP) materials, have many advantages over conventional structural materials such as steel and concrete. The advantages of the FRP materials are high specific strength and stiffness, high corrosion resistance, right weight, etc. Among the various manufacturing methods, pultrusion process is one of the best choices for the mass production of structural plastic members. Since the major reinforcing fibers are placed along the axial direction of the member, this material is usually considered as an orthotropic (tranversely isotropic, more specifically) material. However, pultruded fiber reinforced plastic structural members have low modulus of elasticity and are composed of orthotropic thin plate components the members are prone to buckle. Therefore, stability is an important issue in the design of the pultruded FRP structural members. In this paper, the buckling of orthotropic plates and the local buckling of pultruded FRP structural members are investigated by following the previous research results and the local buckling strength of the member produced in the domestic manufacturer is found.
This study aims to suggest an appropriate flexural reinforcement technique by evaluating the reinforcement capacity of specimens that underwent flexural reinforcement according to the post-tension method with the anchoring position of an unbonded tension member on the conventional SC composite beam and the applied tension level as variables. For the experiment, up to a predetermined yield load was applied to each type of specimen and then, unbounded post-tensioning was additionally conducted to examine its reinforcement capacity. The analysis of the said experiment showed that the post-reinforced SC composite beam was characterized by significantly improved yield stress and initial stiffness, compared with the pre-reinforced one and the experimental measurements/theoretical values of maximum stress ranged from 0.95 to 1.13 following reinforcement. There was little or no change depending on the maximum stress and tension in the specimen (D160, Class 240) whose neutral axis and upper part had anchoring devices mounted prior to reinforcement. Rather, the ductility decreased with the increasing tension. On the contrary, in the case of the other specimen (Class D120) whose neutral axis had anchoring devices mounted after reinforcement, both the maximum stress and ductility increased with increasing tension, which indicates that the latter tension reinforcement was reasonably appropriate and effective for the neutral axis reinforcement.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.105-117
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2015
The purpose of this study is to develop a new seismic resistant method by using precast concrete wall panels for existing low-rise, reinforced concrete beam-column buildings such as school buildings. Three quasi-static hysteresis loading tests were experimentally performed on one unreinforced beam-column specimen and two reinforced specimens with L-type precast wall panels. The results were analyzed to find that the specimen with anchored connection experienced shear failure, while the other specimen with steel plate connection principally manifested flexural failure. The ultimate strength of the specimens was determined to be the weaker of the shear strength of top connection and flexural strength at the critical section of precast panel. In this setup of L-type panel specimens, if a push loading is applied to the reinforced concrete column on one side and push the precast concrete panel, a pull loading from upper shear connection is to be applied to the other side of the top shear connection of precast panel. Since the composite flexural behavior of the two members govern the total behavior during the push loading process, the ultimate horizontal resistance of this specimen was not directly influenced by shear strength at the top connection of precast panel. However, the RC column and PC wall panel member mainly exhibited non-composite behavior during the pull loading process. The ultimate horizontal resistance was directly influenced by the shear strength of top connection because the pull loading from the beam applied directly to the upper shear connection. The analytical result for the internal shear resistance at the connection pursuant to the anchor shear design of ACI 318M-11 Appendix-D except for the equation to predict the concrete breakout failure strength at the concrete side, principally agreed with the experimental result based on the elastic analysis of Midas-Zen by using the largest loading from experiment.
Eun-Kyung Lee;Jin-Young Kim;Ho-Jin Baek;Kang-Seok Lee
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.2
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pp.67-76
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2023
In this study, in order to enhance the joint capacity between the existing reinforced concrete (R/C) frame and the reinforcement member, we proposed a novel concept of Internal Composite Seismic Strengthening Method (CSSM) for seismic retrofit of existing domestic medium-to-low-rise R/C buildings. The Internal CSSM rehabilitation system is a type of strength-enhancing reinforcement systems, to easily increase the ultimate horizontal shear capacity of R/C structures without seismic details in Korea, which show shear collapse mechanism. Two test specimens of full-size two-story R/C frame were fabricated based on an existing domestic R/C building without seismic details, and then retrofitted by using the proposed CSSM seismic system; therefore, one control test specimen and one test specimen reinforced with the CSSM system were used. Pseudo-dynamic testing was carried out to evaluate seismic strengthening effects, and the seismic response characteristics of the proposed system, in terms of the maximum shear force, response story drift, and seismic damage degree compared with the control specimen (R/C bare frame). Experiment results indicated that the proposed CSSM reinforcement system, internally installed to the existing R/C frame, effectively enhanced the horizontal shear force, resulting in reduced story drift of R/C buildings even under a massive earthquake.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.5
no.2
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pp.1-8
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2014
Fiber reinforced polymeric plastic (FRP) materials have many advantages over conventional structural materials, i.e., high specific strength and stiffness, high corrosion resistance, right weight, etc. Among the various manufacturing methods, pultrusion process is one of the best choices for the mass production of structural plastic members. Since the major reinforcing fibers are placed along the axial direction of the member, this material is usually considered as an orthotropic material. However, pultruded FRP (PFRP) structural members have low modulus of elasticity and are composed of orthotropic thin plate components the members are prone to buckle. Therefore, stability is an important issue in the design of the pultruded FRP structural members. Many researchers have conducted related studies to publish the design method of FRP structures and recently, referred to the previous researches, pre-standard for LRFD of pultruded FRP structures is presented. In this paper, the accuracy and suitability of design equation for the local buckling strength of pultruded FRP I-shape compression members presented by ASCE are estimated. In the estimation, we compared the results obtained by design equation, closed-form solution, and experiments conducted by previous researches.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.2
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pp.20-28
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2010
In this paper, new type CFFT (Concrete Filled FRP Tube) was suggested in order to improve the flexural stiffness. Since the existing CFFT was produced by filament winding process, re-bar for concrete may be necessary in order to ensure structural safety under flexure re-bar. In comparison with existing type CFFT, new type CFFT was reinforced by circular shaped pultrusion FRP without re-bar. Filament winding FRP was attached to the outer layer of pultrusion FRP. Structural behavior of new type CFFT filled with concrete (HCFFT) was investigated by the mechanical property test for the component element and the FE analysis. Furthermore, compressive strength of the HCFFT member based on the equation suggested in previous studies.
Tongwamen Bridge is a critical link between Dongmen Island and the land in Shipu town, Zhejiang province, China. It is a 238 m span, half-through, concrete-filled steel tubular (CFST) X-type arch bridge. The width of the deck is only 10 m, yielding a width-to-span ratio of 1/23.8. The plane truss type section rib was adopted, which made of two CFST chords and web member system. The lateral stability is the key issue to this bridge. However, the existing researches on Tongwamen Bridge's lateral stability are all the deterministic structural analysis. In this paper, a new strategy for positioning sampling points of the response surface method (RSM), based on the composite method combining RSM with geometric method for structural reliability analysis, is employed to obtain the reliability index of lateral stability. In addition the correlated parameters were discussed in detail to find the major factors. According to the analysis results, increasing the stiff of lateral braces between the arch ribs and setting the proper inward-incline degree of the arch rib can enhance obviously the reliability of lateral stability. Moreover, the deck action of non-orienting force is less than the two factors above. The calculated results indicate that the arch ribs are safe enough to keep excellent stability, and it provides the foundation that the plane truss rib would be a competitive solution for a long-span, narrow, CFST arch bridge.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.5
no.1
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pp.1-8
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2014
Pultruded glass fiber reinforced polymeric plastic (PFRP) and FRP member manufactured by sheet molding compound (SMC) have superior mechanical and physical properties compared with those of conventional structural materials. Since FRP has an excellent corrosion-resistance and high specific strength and stiffness, the FRP material may be highly appreciated for the development of floating-type photovoltaic (PV) power generation system. In this paper, advanced floating PV generation system made of PFRP and SMC is designed. In the design, it includes tracking solar altitude by tilting photovoltaic arrays and tracking solar azimuth by spinning structures. Moreover, the results of the finite element analysis (FEA) are presented to confirm stability of entire structure under the external loads. Additionally, installation procedure and mooring systems in the Hap-Cheon Dam are discussed and the measurement of strain under the actual circumstances is conducted for assuring stability of actually installed structures. Finally, by comparison with allowable stress, appropriate safety of structure is confirmed to operate the system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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