Yang Chen;Zhaowei Jiang;Yingjun Gan;Jun Ye;Yong Yang
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.251-262
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2024
To improve the seismic behavior of composite column with high strength concrete-filled steel tubular in bridge engineering, four column specimens, including one specimen with vertical prestressing force and three specimens with tri-directional prestressing force, were conducted under low cyclic loading. Test parameters including axial compression ratio, degree of vertical prestressing and existence of prestressed steel strips were emphatically analyzed. Experimental results revealed that applying tri-directional prestressing force to column with high strength concrete-filled steel tubular produced more beneficial behavior in terms of ductility, energy-dissipation and self-centering capacity over that of specimens only with vertical prestress. Moreover, ultimate bearing capacity of composite column was improved with increase of degree of vertical prestress and external axial force, while ductility would be reduced. External axial force showed slight influence on the self-centering behavior. Finally, a calculation equation for predicting the shear capacity of the tri-directional prestressed composite column was proposed and the accuracy of the calculated results validated by experimental data.
Hollow prestressed concrete filled steel tube (HCFT) piles, which compose hollow PHC piles inside thin wall steel tubes, are developed. In order to investigate the strength characteristics of HCFT piles, flexural and shear tests were conducted on HCFT piles as well as PHC and steel pipe piles with the same diameter. Results of the test program showed that the flexural strength of HCFT piles was 2.88 and 1.19 times those of ICP and steel pipe piles with thickness of 12 mm, respectively, and its shear strength was 2.40 times that of steel pipe piles. The shear key attached to the inside of thin wall steel tube did not affect the flexural behavior of HCFT piles. It was also observed that the flexural strengths of HCFT piles with diameters of 450 and 500 mm were 35 to 63% higher than the sum of the flexural strengths of its components, respectively, because the strength of concrete in compressive zone increased by confining effect of thin wall steel tube on concrete. HCFT piles used as upper piles in hybrid composite piles might decrease the lateral displacement and increase the structural safety of structures subjected to lateral loads.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.10-21
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2014
The joint of prefabricated steel grid composite deck is composed of concrete shear key and high-tension bolts. The flexural and shear strength of the joint were experimentally evaluated only by the bending and push-out test of the joint element. In this study the lateral load transfer behavior of the joint in deck structure system is experimentally evaluated. Several decks connected by the joint are prefabricated and loaded centrically and eccentrically. In the case of centrically loaded specimens, the analysis results show that for the same loading step the rotation angle of the joint with 4 high-tension bolts is larger than the case of the joint with 9 high-tension bolts. Consequently, flexural stiffness of deck and lateral load transfer decrease in the case of specimen with 4 high-tension bolts. But, in the case of eccentrically loaded specimens, it is found that there are no significant differences in the load transfer behavior. The further analysis results about the structural behavior of the joint show that lateral load transfer can be restricted by the load bearing capacity of the joint as well as punching shear strength of the slab. Furthermore, considering that high-tension bolts in the joint didn't reach to the yielding condition until the punching shear failure, increase in the number of high-tension bolts from 4 to 9 has a greater effect on the flexural stiffness of the joint and deck system than the strength of them.
The concrete structures related to nuclear safety are threatened by accidental impact loadings, mainly including the low-velocity drop-weight impact (e.g., spent fuel cask and assembly, etc. with the velocity less than 20 m/s) and high-speed projectile impact (e.g., steel pipe, valve, turbine bucket, etc. with the velocity higher than 20 m/s), while the existing studies are still limited in the impact resistant design of nuclear power plant (NPP), especially the primary RC slab. This paper aims to propose the numerical simulation and theoretical approaches to assist the impact-resistant design of RC slab in NPP. Firstly, the continuous surface cap (CSC) model parameters for concrete with the compressive strength of 20-70 MPa are fully calibrated and verified, and the refined numerical simulation approach is proposed. Secondly, the two-degree freedom (TDOF) model with considering the mutual effect of flexural and shear resistance of RC slab are developed. Furthermore, based on the low-velocity drop hammer tests and high-speed soft/hard projectile impact tests on RC slabs, the adopted numerical simulation and TDOF model approaches are fully validated by the flexural and punching shear damage, deflection, and impact force time-histories of RC slabs. Finally, as for the two low-velocity impact scenarios, the design procedure of RC slab based on TDOF model is validated and recommended. Meanwhile, as for the four actual high-speed impact scenarios, the impact-resistant design specification in Chinese code NB/T 20012-2019 is evaluated, the over conservation of which is found, and the proposed numerical approach is recommended. The present work could beneficially guide the impact-resistant design and safety assessment of NPPs against the accidental impact loadings.
This paper proposes a hybrid heuristic and criteria-based method of optimum design which combines the advantages of both the iterated simulated annealing (SA) algorithm and the rigorously derived optimality criteria (OC) for structural optimum design of reinforced concrete (RC) buildings under multi-load cases based on the current Chinese design codes. The entire optimum design procedure is divided into two parts: strength optimum design and stiffness optimum design. A modified SA with the strategy of adaptive feasible region is proposed to perform the discrete optimization of RC frame structures under the strength constraints. The optimum stiffness design is conducted using OC method with the optimum results of strength optimum design as the lower bounds of member size. The proposed method is integrated into the commercial software packages for building structural design, SATWE, and for finite element analysis, ANSYS, for practical applications. Finally, two practical frame-shear-wall structures (15-story and 30-story) are optimized to illustrate the effectiveness and practicality of the proposed optimum design method.
8 steel reinforced concrete (SRC) columns with the encased steel ratio of 13.12% and 15.04% respectively were tested under the test axial load ratio of 0.33-0.80 and the low-frequency cyclic lateral loading. The cross sectional area of composite columns was $500mm{\times}500mm$. The mechanical properties, failure modes and deformabilities were studied. All the specimens produced flexure failure subject to combined axial force, bending moment and shear. Force-displacement hysteretic curves, strain curves of encased steels and rebars were obtained. The interaction behavior of encased steel and concrete were verified. The hysteretic curves of columns were plump in shapes. Hysteresis loops were almost coincident under the same levels of lateral loading, and bearing capacities did not change much, which indicated that the columns had good energy-dissipation performance and seismic capacity. Based on the equilibrium equation, the suggested practical calculation method could accurately predict the flexural strength of SRC columns with cross-shaped section encased steel. The obtained M-N curves of SRC columns can be used as references for further studies.
The soil-structure relative stiffness is a key factor affecting the seismic response of underground structures. It is of great significance to study the soil-structure relative stiffness for the soil-structure interaction and the seismic disaster reduction of subway stations. In this paper, the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of an inhomogeneous soft soil site under different buried depths which were obtained by a one-dimensional equivalent linearization site response analysis were used as the input parameters in a 2D finite element model. A visco-elasto-plastic constitutive model based on the Mohr-Coulomb shear failure criterion combined with stiffness degradation was used to describe the plastic behavior of soil. The damage plasticity model was used to simulate the plastic behavior of concrete. The horizontal and vertical relative stiffness ratios of soil and structure were defined to study the influence of relative stiffness on the seismic response of subway stations in inhomogeneous soft soil. It is found that the compression damage to the middle columns of a subway station with a higher relative stiffness ratio is more serious while the tensile damage is slighter under the same earthquake motion. The relative stiffness has a significant influence on ground surface deformation, ground acceleration, and station structure deformation. However, the effect of the relative stiffness on the deformation of the bottom slab of the subway station is small. The research results can provide a reference for seismic fortification of subway stations in the soft soil area.
Zouaoui R. Harrat;Mohammed Chatbi;Baghdad Krour;Sofiane Amziane;Mohamed Bachir Bouiadjra;Marijana Hadzima-Nyarko;Dorin Radu;Ercan Isik
Advances in concrete construction
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v.17
no.2
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pp.111-126
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2024
During the clinkering stages of cement production, the chemical composition of fine raw materials such as limestone and clay, which include iron oxide (Fe2O3), silicon dioxide (SiO2) and aluminum oxide (Al2O3), significantly influences the quality of the final product. Specifically, the chemical interaction of Fe2O3 with CaO, SiO2 and Al2O3 during clinkerisation plays a key role in determining the chemical reactivity and overall quality of the final cement, shaping the properties of the concrete produced. As an extension, this study aims to investigate the physical effects of incorporating nanosized Fe2O3 particles as fillers in concrete matrices, and their impact on concrete structures, namely slabs. To accurately model the reinforced concrete (RC) slabs, a refined trigonometric shear deformation theory (RTSDT) is used. Additionally, the stochastic Eshelby's homogenization approach is employed to determine the thermoelastic properties of nano-Fe2O3 infused concrete slabs. To ensure comprehensive coverage in the study, the RC slabs undergo various mechanical loads and are exposed to temperature fields to assess their thermo-mechanical performance. Furthermore, the slabs are assumed to rest on a three-parameter viscoelastic foundation, comprising the Winkler elastic springs, Pasternak shear layer and a damping parameter. The equilibrium governing equations of the system are derived using the principle of virtual work and subsequently solved using Navier's technique. The findings indicate that while ferric oxide nanoparticles enhance the mechanical properties of concrete against mechanical loading, they have less favorable effects on its performance against thermal exposure. However, the viscoelastic foundation contributes to mitigating these effects, improving the concrete's overall performance in both scenarios. These results highlight the trade-offs between mechanical and thermal performance when using Fe2O3 nanoparticles in concrete and underscore the importance of optimizing nanoparticle content and loading conditions to improve the structural performance of concrete structures.
The Address Jumeirah Resort is a mixed-use 77-story tower reaching a height of 301 meters with a slenderness ratio of 13.5:1. The development is situated in the Jumeirah Beach District and accommodates 217 key five-star hotel suites, 478 residential apartments, 444 serviced-branded apartments, retail shops, ballrooms and entertainment facilities around the premises. The building has over 242,000 m2 of usable area. The project is an award-winning development that broke multiple Guinness records. The focus of the paper is to present the challenges faced in the structural design and construction of the super tall tower and the highest occupiable skybridge in the world.
Bedding zone in CRFD (Concrete Faced Rockfill Dam) requires bearing capacity to support the concrete face slab uniformly. Also, shear strength which is a key factor in slope stability and impermeability which is to prevent a loss of soils in case of leakage of concrete slab face are needed. In this study, trial prototype construction for bedding zone in CRFD was performed to investigate the compaction characteristics of bedding zone according to the frequency of compaction, water contents and so on. As a results of series of field test, the compaction characteristics of bedding zone in CRFD was affected considerably by the depth of compaction layer and frequency of compaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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