Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.5
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pp.1011-1018
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1992
A series of experiment has been performed on the spray characteristics in a cylindrical confined space with the injection pressure taken as a parameter. By using a single-hole patternator and the Malvern particle sizer, the spray mass flux, drop size and volume concentration distributions along the radial and axial directions were obtained ; the line-of- sight data by Malvern particle sizer have been converted to the ring-of-sight data by using the tomographical transformation techniqe. The experimental results show that, due to the restriction on the ambient gas entrainment by the wall boundary, the effective spray angle is increasing. The spray drops were measured to be smaller in the confined space because of a large number of floating small drops by recirculation of the gas phase and the breakup of large drops by the wall collision. Also the details on the flow behavior of the confined spray are discussed.
An analytical model was developed for predicting the pullout behavior of straight beam longitudinal bars anchored at exterior beam-column connections. The model incorporates a local bond constitutive simulation capable of considering the effects of anchored bar diameter, yield strength and the spacing, concrete compressive strength, and column pressure on the bond characteristics of deformed bars in confined conditions of exterior joints. The analytical techniques adopted in this study were shown to satisfactorily predict the results of pullout tests on straight bars embedded in confined concrete specimens. An evaluation of the ACI-ASCE Committee 352 development length requirements in exterior joint conditions was made using the developed analytical approach. The results of this analytical evaluation are indicative of the conservatism of the current development length requirements in the confined conditions of exterior joints.
This paper presents the results of a comprehensive experimental investigation on the compressive behaviour of steel tube-confined concrete (STCC) stub columns with active and passive confinement. To create active confinement in STCC columns, an innovative technique is used in which steel tube is laterally pre-tensioned while the concrete core is simultaneously pre-compressed by applying pressure on fresh concrete. A total of 135 STCC specimens with active and passive confinement are tested under axial compression load and their compressive strength, ultimate strain capacity, axial and lateral stress-strain curves and failure mode are evaluated. The test variables include concrete compressive strength, outer diameter to wall thickness ratio of steel tube and prestressing level. It is shown that applying active confinement on STCC specimens can considerably improve their mechanical properties. However, applying higher prestressing levels and keeping the applied pressure for a long time do not considerably affect the mechanical properties of actively confined specimens. Based on the results of this study, new empirical equations are proposed to estimate the axial strength and ultimate strain capacity of STCC stub columns with active and passive confinement.
This paper aims to analytically investigate the effect of shear stress at the concrete-steel interface on the mechanical behavior of the circular steel tube-confined concrete (STCC) stub columns with active and passive confinement subjected to axial compression. Nonlinear 3D finite element models divided into the four groups, i.e. circumferential-grooved, talc-coated, lubricated, and normal groups, with active and passive confinement were developed. An innovative method was used to simulate the actively-confined specimens, and then, the results of the finite element models were compared with those of the experiments previously conducted by the authors. It was revealed that both the predicted peak compressive strength and stress-strain curves have good agreement with the corresponding values measured for the confined columns. Then, the mechanical properties of the active and passive specimens such as the concrete-steel interaction, longitudinal and hoop stresses of the steel tube, confining pressure applied to the concrete core, and compressive stress-strain curves were analyzed. Furthermore, a parametric study was performed to explore the effects of the concrete compressive strength, steel tube diameter-to-wall thickness ratio, and prestressing level on the compressive behavior of the STCC columns. The results indicate that reducing or removing the interfacial shear stress in the active and passive specimens leads to an increase in the hoop stress and confining pressure, while the longitudinal stress along the steel tube height experiences a decrease. Moreover, prestressing via the presented method is capable of improving the compressive behavior of STCC columns.
Wang, Jun;Liu, Weiqing;Zhou, Ding;Zhu, Lu;Fang, Hai
Steel and Composite Structures
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v.17
no.4
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pp.431-452
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2014
The present study focuses on the mechanical behaviour of concrete filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns confined by fiber reinforced polymer (FRP). A series of axial compression tests have been conducted on two CFDST stub columns, eight CFDST stub columns confined by FRP and a concrete-filled steel tubular (CFST) stub column confined by FRP, respectively. The influences of hollow section ratio, FRP wall thickness and fibre longitudinal-circumferential proportion on the load-strain curve and the concrete stress-strain curve for stub columns with annular section were discussed. The test results displayed that the FRP jacket can obviously enhance the carrying capacity of stub columns. Based on the test results, a new model which includes the effects of confinement factor, hollow section ratio and lateral confining pressure of the outer steel tube was proposed to calculate the compressive strength of confined concrete. Using the present concrete strength model, the formula to predict the carrying capacity of CFDST stub columns confined by FRP was derived. The theoretically predicted results agree well with those obtained from the experiments and FE analysis. The present method is also adapted to calculate the carrying capacity of CFST stub columns confined by FRP.
The confined concrete stress-strain curves utilised in computational models of concrete-filled steel tubular (CFST) columns can have a significant influence on the accuracy of the predicted behaviour. A generic model is proposed for predicting the stress-strain behaviour of confined concrete in short circular, elliptical and octagonal CFST columns subjected to axial compression. The finite element (FE) analysis is carried out to simulate the concrete confining pressure in short circular, elliptical and octagonal CFST columns. The concrete confining pressure relies on the geometric and material parameters of CFST columns. The post-peak behaviour of the concrete stress-strain curve is determined using independent existing experimental results. The strength reduction factor is derived for predicting the descending part of the confined concrete behaviour. The fibre element model is developed for the analysis of circular, elliptical and octagonal CFST short columns under axial loading. The FE model and fibre element model accounting for the proposed concrete confined model is verified by comparing the computed results with experimental results. The ultimate axial strengths and complete axial load-strain curves obtained from the FE model and fibre element model agree reasonably well with experimental results. Parametric studies have been carried out to examine the effects of important parameters on the compressive behaviour of short circular, elliptical and octagonal CFST columns. The design model proposed by Liang and Fragomeni (2009) for short circular, elliptical and octagonal CFST columns is validated by comparing the predicted results with experimental results.
This paper presents a three-dimensional finite element analysis methodology for a quantitative evaluation of confinement in concrete-filled box-shaped unstiffened steel columns. The confinement effects of concrete in non-circular sections can be assessed in terms of maximum average lateral pressure. A brief review of a previous method adopted for the same purpose is also presented. The previous method is based on a two-dimensional finite element analysis method involving a concrete-steel interaction model. In both the present and previous methods, average lateral pressure on concrete is computed by means of the interaction forces present at the concrete-steel interface. Subsequently, the strength enhancement of confined concrete is empirically related to the maximum average lateral pressure. The results of the former and latter methods are then compared. It is found that the results of both methods are compatible in terms of confined concrete strengths, although the interaction model yields a somewhat overestimated estimation of confinement than those of the present method when relatively high strength concrete is used. Furthermore, the confinement in rectangular-shaped sections is investigated and the reliability of previously adopted simplifications in such cases is discussed.
Kim, Sangrae;Ki, Jaehong;Kim, Youngjin;Han, Mooyoung
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.22
no.6
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pp.681-687
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2008
It is well known that the water infiltration rate depends on soil properties such as soil water content, water head, capillary suction, density, hydraulic conductivity, and porosity. However, most of proposed infiltration models assume that the air phase is continuous and in equilibrium with the atmosphere or air compression and air entrapment on infiltration was not considered. This study presents experimental results on unsaturated water infiltration to relate air entrapment and hydraulic conductivity function based on soil air properties. The objectives of this study were to measure change of soil air pressure ahead of wetting front under air drain and air confined condition to find the confined air effect on infiltration rate, to reduce the entrapped air volume related with soil air pressure to increase the soil permeability, and to make a basis of infiltration process model for the purpose of improvement of infiltration rate in the homogeneous soil column. The results of the work show that soil air pressure increases according to increasement of the saturated soil depth rather than the wetting front depth during infiltration process.
Blast injuries in a compartment are investigated, and the effects of obstacles on blast injury are particularly analyzed by comparing injuries in the compartments with or without protruding obstacles inside. Even if blast pressure profile tends to be complicated in a confined space unlike in open field, it can be obtained in a relatively short time by using some empirical fast running models for simple confined spaces. However, a finite element method should be employed to obtain blast pressure profiles in a case with obstacles in confined spaces, because the obstacles heavily disturb blast waves. On the other hand, Axelsson SDOF(Single degree of freedom) model and ASII(Adjusted severity of injury index) injury level are employed to estimate blast injury in compartments, because the usual pressure-impulse injury criterion based on the ideal Friedlander waves in open the field cannot be applied to personnel in a confined space due to complexity of blast waves inside. In cases with obstacles, chest wall velocity was reduced by 26 to 76 percent(%) and the personnel injury in the compartment caused by blast was also reduced.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.2E
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pp.133-142
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2006
An experimental study was conducted to investigate the effectiveness of transverse steel in reinforced concrete tied columns subjected to monotonically increasing axial compression. Eighteen large-scale columns($260{\times}260{\times}1,200mm$) were tested. Effects of such main variables as concrete compressive strength, configurations of transverse steel, transverse reinforcement ratio, spacing of transverse steel, and spalling of concrete cover were investigated. High-strength concrete columns under concentric axial loads show extremely brittle behavior unless the columns are confined with transverse steel that can provide sufficiently high lateral confinement pressure. A consistent decrease in the deformability of the column test specimens was observed with increasing concrete strength. Test results of this study were compared with existing confinement models of modified Kent-Park, Sheikh-Uzumeri, Mander, and Saatcioglu-Razvi. The comparison indicates many existing models to predict the behavior of confined concrete overestimate or underestimate the ductility of confined concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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