The research comprehensively studies the axial compression performance of T-shaped concrete-filled thin-walled steel tubular (CTST) long columns after fire exposure. Initially, a series of tests investigate the effects of heating time, load eccentricity, and stiffeners on the column's performance. Furthermore, Finite Element (FE) analysis is employed to establish temperature and mechanical field models for the T-shaped CTST long column with stiffeners after fire exposure, using carefully determined key parameters such as thermal parameters, constitutive relations, and contact models. In addition, a parametric analysis based on the numerical models is conducted to explore the effects of heating time, section diameter, material strength, and steel ratio on the axial compressive bearing capacity, bending bearing capacity under normal temperature, as well as residual bearing capacity after fire exposure. The results reveal that the maximum lateral deformation occurs near the middle of the span, with bending increasing as heating time and eccentricity rise. Despite a decrease in axial compressive load and bending capacity after fire exposure, the columns still exhibit desirable bearing capacity and deformability. Moreover, the obtained FE results align closely with experimental findings, validating the reliability of the developed numerical models. Additionally, this study proposes a simplified design method to calculate these mechanical property parameters, satisfying the ISO-834 standard. The relative errors between the proposed simplified formulas and FE models remain within 10%, indicating their capability to provide a theoretical reference for practical engineering applications.
From several researches, recently, it was found that using hollowed precast concrete (HPC) column made more compact concrete casting in joint region possible than using normal solid PC (Precast concrete) column. Therefore, the rigidity of joints can be improved like those of monolithic reinforced concrete (RC). After filling the hollow with grout concrete, however, it is expected that the HPC column behaviors like composite structure since PC element and grout concrete have different materials as well as there is a contact surface between two elements. These may affect the structural behavior and strength of the composite column. A compressive strength test was performed for the HPC column with parameter of hollow ratio for the case with and without grout in the hollow and the result is presented in this paper. The hollow ratios in the test are 35, 50 and 59% of whole section of column. Concentrated axial force was applied to top of the specimens supported as pin connection for both ends. In addition, finite element (FE) analysis was performed to simulate the failure behavior of HPC column for axial compression. As a result, it was found that the hollow ratio did not affect the initial stiffness of HPC filled with grout regardless of the strength difference of HPC and grout. However the strength was increased inversely corresponding to the hollow ratio. The structural capacity of HPC without grout closely related to the hollow size. Especially, the local collapse governs the overall failure when the thickness of HPC is too thin. Based on these effect, a suitable equation was suggested for calculation of the compressive strength of HPC column with or without grout. FE analysis considering the contact surface between HPC and grout produced a good result matched to the test result.
Han, Sun-Jin;Lee, Jungmin;Kim, Min-Seok;Kim, Jae-Hyun;Kim, Kang Su;Oh, Young-Hun
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.3
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pp.77-84
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2021
In this study, flexural tests of prestressed high strength spun concrete (PHC) piles reinforced with infilled concrete and longitudinal rebars were conducted, where the longitudinal rebar ratio and the presence of sludge formed on the inner surface of PHC pile were set as key test variables. A total of six PHC pile specimens were manufactured, and their flexural behaviors including failure mode, crack pattern, longitudinal strain distribution in a section and end slip between external PHC pile and infilled concrete were measured and discussed in detail. The test results revealed that the flexural stiffness and strength increased as the longitudinal rebar ratio became larger, and that the sludge formed on the inner surface of PHC pile did not show any detrimental effect on the flexural performance. In addition to the experimental approach, this study presents a nonlinear flexural analysis model considering compatibility conditions and strain and stress distributions of the PHC piles and infilled concrete. The rationality of the nonlinear flexural analysis model was verified by comparing it with test results, and it appeared that the proposed model well evaluated the flexural behavior of PHC piles reinforced with infilled concrete and longitudinal rebars with a good accuracy.
The fiber dispersion performance in fiber-reinforced cementitious composites is a crucial factor with respect to achieving desired mechanical performance. However, evaluation of the fiber dispersion performance in the composite PVA-ECC (Polyvinyl alcohol-Engineered Cementitious Composite) is extremely challenging because of the low contrast of PVA fibers with the cement-based matrix. In the present work, an enhanced fiber detection technique is developed and demonstrated. Using a fluorescence technique on the PVA-ECC, PVA fibers are observed as green dots in the cross-section of the composite. After capturing the fluorescence image with a Charged Couple Device (CCD) camera through a microscope. The fibers are more accurately detected by employing a series of process based on a categorization, watershed segmentation, and morphological reconstruction.
Kim, Kyoung-Chul;Koh, Kyung-Taek;Son, Min-Su;Ryu, Gum-Sung;Kang, Jae-Yoon
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.9
no.2
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pp.208-215
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2021
In this study, a customiz ed bridge system was developed for North Korea application. For the application of North Korea, the customized bridge system design, fabrication, and construction performance evaluation were performed using ultra-high performance concrete a compressive strength 120MPa or more and a direct tensile strength 7MPa or more. The comparison of the North Korean truck luggage load(30, 40, 55) and the Korean standard KL-510 load showed that cross-section increased as the load increased. Furthermore, a bridge with a span length of 30m was fabricated with ultra-high performance concrete for the construction performance evaluation. The evaluation of the load condition analysis was performed by a flexural test. The results showed that a bridge with a span length of 30m secured about 167% of sectional performance under initial cracking load conditions and about 134% of load bearing capacity under ultimate load conditions. As a result of economic analysis, the customized bridge system using ultra-high-performance concrete was less than about 11% of the upper construction cost compared to the steel composite girder bridge. Therefore, these results suggest that the price competitiveness can be secured when applying the ultra-high-performance concrete long-span bridge developed through this study.
The widening project on Freeway No.1 in Taiwan has a total length of roughly 14 kilometers, and includes three special bridges, namely a 216 m long-span bridge crossing the original freeway, an F-bent double decked bridge in a co-constructed section, and a steel and prestressed concrete composite bridge. This study employed in-situ monitoring in conjunction with numerical modeling to establish a real-time monitoring system for the three bridges. In order to determine the initial static and dynamic behavior of the real bridges, forced vibration experiments, in-situ static load experiments, and dynamic load experiments were first carried out on the newly-constructed bridges before they went into use. Structural models of the bridges were then established using the finite element method, and in-situ vehicle load weight, arrangement, and speed were taken into consideration when performing comparisons employing data obtained from experimental measurements. The results showed consistency between the analytical simulations and experimental data. After determining a bridge's initial state, the proposed in-situ monitoring system, which is employed in conjunction with the established finite element model, can be utilized to assess the safety of a bridge's members, providing useful reference information to bridge management agencies.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.3
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pp.273-287
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2006
This study investigates the failure mechanism and load-carrying capacity of a single-shell lining which has no disturbance in transfer of shear force, with respect to a conventional double-shell lining which has separation between layers of shotcrete lining and secondary concrete lining by water-proof membrane. In order to evaluate the capacity, a 2-D numerical investigation is preliminarily carried out and then real-scale loading tests with tunnel lining section specimens are performed on the condition given by the numerical investigation. In the test, a concentrated load is applied for considering a released ground load or rock wedge load. Through this study, it appears that the single-shell lining takes the load-bearing capacity 20% higher than in case of the double-shell lining. In addition, a possibility of a composite single-shell shotcrete layer composed by multiple bonded layers partly involving different contents of high-capacity additives is shown thereby leading to use of less amount of the high-capacity additives on the condition of taking a similar load-bearing capacity.
It was found that the lateral stiffness changes obvious at the transfer position of the section configuration from SRC to RC. This particular behavior leads to that the transfer columns become as the important elements in SRC-RC hybrid structures. A comprehensive study was conducted to investigate the seismic behavior of SRC-RC transfer columns based on a low cyclic loading test of 16 transfer columns compared with 1 RC column. Test results shows three failure modes for transfer columns, which are shear failure, bond failure and bend failure. Its seismic behavior was completely analyzed about the failure mode, hysteretic and skeleton curves, bearing capacity deformation ability, stiffness degradation and energy dissipation. It is further determined that displacement ductility coefficient of transfer columns changes from 1.97 to 5.99. The stiffness of transfer columns are at the interval of SRC and RC, and hence transfer columns can play the role of transition from SRC to RC. All specimens show similar discipline of stiffness degradation and the process can be divided into three parts. Some specimens of transfer column lose bearing capacity swiftly after shear cracking and showed weak energy dissipation ability, but the others show better ability of energy dissipation than RC column.
Seo, Yong-Hwan;Suh, Young-Chan;Bae, Jong-Oh;Chon, Beom-Jun
International Journal of Highway Engineering
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v.14
no.4
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pp.73-81
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2012
PURPOSES : The purpose of this study is to select the proper sealing method and to see the performance of the saw and seal method for concrete rehabilitation based on accelerated pavement testings and lab tests. METHODS : Two accelerated pavement testings were conducted. One is to select proper sealing method of the asphalt joints and the other is to see the performance of the saw and seal method. Lab tests were conducted to select proper sealing method and a test section was constructed to see the field performance. RESULTS : The result of the first accelerated pavement testing indicated that the adhesive preformed sealants showed good performance when asphalt layer was rutted and in terms preventing from water infiltration. The second acceleration test indicated that the saw and seal method using the adhesive preformed sealant showed much better performance than the control. In the lab test bitumen, rubber and epoxy showed good performance as the adhesive. CONCLUSIONS : Saw and Seal method using the adhesive preformed sealant would markedly reduce the joint damage on the asphalt overlay.
An overhead travelling crane structure of two doubly symmetric welded box beams is designed for minimum cost. The rails are placed over the inner webs of box beams. The following design constraints are considered: local buckling of web and flange plates, fatigue of the butt K weld under rail and fatigue of fillet welds joining the transverse diaphragms to the box beams, fatigue of CFRP (carbon fibre reinforced plastic) laminate, deflection constraint. For the formulation of constraints the relatively new standard for cranes EN 13001-3-1 (2010) is used. To fulfill the deflection constraint CFRP strengthening should be used. The application of CFRP materials in strengthening of steel and concrete structures are widely used in civil engineering applications due to their unique advantages. In our study, we wanted to show how the mechanical properties of traditional materials can be improved by the application of composite materials and how advanced materials and new production technologies can be applied. In the optimization the following cost parts are considered: material, assembly and welding of the steel structure, material and fabrication cost of CFRP strengthening. The optimization is performed by systematic search using a MathCAD program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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