Nowadays CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) became widely used materials for the strengthening and retrofitting of structures. Many experimental and analytical studies are encountered at literature about strengthening beams by using this kind of materials against static loads and cyclic loads such as earthquake or wind loading for investigating their behavior. But authors did not found any study about strengthening of RC beams by using CFRP against low velocity impact and investigating their behavior. For these reasons an experimental study is conducted on totally ten strengthened RC beams. Impact loading is applied on to specimens by using an impact loading system that is designed by authors. Investigated parameters were concrete compression strength and drop height. Two different sets of specimens with different concrete compression strength tested under the impact loading that are applied by dropping constant weight hammer from five different heights. The acceleration arises from the impact loading is measured against time. The change of velocity, displacement and energy are calculated for all specimens. The failure modes of the specimens with normal and high concrete compression strength are observed under the loading of constant weight impact hammer that are dropped from different heights. Impact behaviors of beams are positively affected from the strengthening with CFRP. Measured accelerations, the number of drops up to failure and dissipated energy are increased. Finite element analysis that are made by using ABAQUS software is used for the simulation of experiments, and model gave compatible results with experiments.
An external prestressed steel-bar truss unit was developed as a new strengthening technology to enhance the seismic performance of an in-plane masonry wall structure while taking advantage of the benefits of a prestressed system. The presented method consists of six steel bars: two prestressed vertical bars to introduce a prestressing force on the masonry wall, two diagonal bars to resist shear deformation, and two horizontal bars to maintain the configuration. To evaluate the effects of this new technique, four full-scale specimens, including a control specimen, were tested under combined loadings that included constant-gravity axial loads and cyclic lateral loads. The experimental results were analyzed in terms of the shear strength, initial stiffness, dissipated energy, and strain history. The efficiency of the external prestressed steel-bar truss unit was validated. In particular, a retrofitted specimen with an axial load level of 0.024 exhibited a more stable post behavior and higher energy dissipation than a control specimen with an observed complete sliding failure. The four vertical bars of the adjacent retrofitting units created a virtual column, and their strain values did not change until they reached the peak shear strength. The shear capacity of the masonry wall structure with external prestressed steel-bar truss units could be predicted using the model suggested by Yang et al.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.4
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pp.115-122
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1998
This paper presents the cyclic seismic performance of slip-critically designed, high-strength bolted-beam splice in steel moment frames. Before the moment connection reaching its ultimate plastic strength, unexpected premature slippage occurred at the slip-critically designed beam splice during the test. The experimentally observed frictional coefficients were as low as about 50% to 60% of nominal(code) value. Nevertheless, the bearing type behavior mobilized after the slippage transferred the increasing cyclic loads successfully, i.e., the consequence of slippage into bearing was not catastrophic to the connection behavior. The test result seems to indicate that the traditional beam splice design basing upon(bolt-hole deducted) effective flange area criterion may not be sufficient in developing the plastic strength of moment connections under severe earthquake loading. New procedure for achieving slip-critical beam splice design is proposed based on capacity design concept.
Park, Jung Woo;Sim, Ki Chul;Park, Jin Young;Lee, Young Hak;Kim, Heecheul
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.6
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pp.525-532
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2012
The recently constructed buildings are ensuring seismic safety with enhanced design criteria. But, the buildings unapplied enhanced design criteria are very weak. In this study, steel grid shear wall is proposed as a solution of seismic retrofit to ensure safety of the existing buildings for the earthquake. And the structural performance experiments were carried out under axial force and cyclic lateral loads. The two specimens were made of a reference RC frame and steel grid shear wall in-filled RC frame. The test setup configured with two dynamic actuators, for the axial force with a 500kN capacity actuator and for the cyclic lateral load applied with the 2,000kN actuator. Compared with control specimen, the strength, stiffness, ductility, energy dissipation capacity of the seismic retrofit structures is evaluated.
Objective: To analyze the fatigue resistance, debonding force, and failure type of fiber-reinforced composite, polyethylene ribbon-reinforced, and braided stainless steel wire lingual retainers in vitro. Methods: Roots of human mandibular central incisors were covered with silicone, mimicking the periodontal ligament, and embedded in polymethylmethacrylate. The specimens (N = 50), with two teeth each, were randomly divided into five groups (n = 10/group) according to the retainer materials: (1) Interlig (E-glass), (2) everStick Ortho (E-glass), (3) DentaPreg Splint (S2-glass), (4) Ribbond (polyethylene), and (5) Quad Cat wire (stainless steel). After the recommended adhesive procedures, the retainers were bonded to the teeth by using flowable composite resin (Tetric Flow). The teeth were subjected to 10,00,000 cyclic loads (8 Hz, 3 - 100 N, $45^{\circ}$ angle, under $37{\pm}3^{\circ}C$ water) at their incisoproximal contact, and debonding forces were measured with a universal testing machine (1 mm/min crosshead speed). Failure sites were examined under a stereomicroscope (${\times}40$ magnification). Data were analyzed by one-way analysis of variance. Results: All the specimens survived the cyclic loading. Their mean debonding forces were not significantly different (p > 0.05). The DentaPreg Splint group (80%) showed the highest incidence of complete adhesive debonding, followed by the Interlig group (60%). The everStick Ortho group (80%) presented predominantly partial adhesive debonding. The Quad Cat wire group (50%) presented overlying composite detachment. Conclusions: Cyclic loading did not cause debonding. The retainers presented similar debonding forces but different failure types. Braided stainless steel wire retainers presented the most repairable failure type.
In this study, two types of fatigue tests were conducted. First, cyclic bending tests were performed using the micro-bending tester. A four-point bending test method was adopted, because it induces uniform stress fields within a loading span. Second, thermal fatigue tests were conducted using a pseudo power cycling machine which was newly developed for a realistic testing condition. The pseudo-power cycling method makes up for the weak points in a power cycling and a chamber cycling method. Two compositions of solder are tested in all test condition, one is lead-free solder (95.5Sn4.0Ag0.5Cu) and the other is eutectic lead-contained solder (63Sn37Pb). In the cyclic bending test, the solder that exhibits a good reliability can be reversed depending on the load conditions. The lead-contained solders have a longer fatigue life in the region where the applied load is high. On the contrary, the lead-free solder sustained more cyclic loads in the small load region. A similar trend was detected at the thermal cycling test. A three-dimensional finite element analysis model was constructed. A finite element analysis using ABAQUS was performed to extract the applied stress and strain in the solder joints. A constitutive model which includes both creep and plasticity was employed. Thermal fatigue was occurred due to the creep. And plastic deformation is main damage for bending failure. From the inelastic energy dissipation per cycle versus fatigue life curve, it can be found that the bending fatigue life is longer than the thermal fatigue life.
Rahimipour, Arash;Hejazi, Farzad;Vaghei, Ramin;Jaafar, Mohd Saleh
Computers and Concrete
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v.18
no.6
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pp.1083-1096
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2016
Beam-column joints are recognized as the weak points of reinforcement concrete frames. The ductility of reinforced concrete (RC) frames during severe earthquakes can be measured through the dissipation of large energy in beam-column joint. Retrofitting and rehabilitating structures through proper methods, such as carbon fiber reinforced polymer (CFRP), are required to prevent casualties that result from the collapse of earthquake-damaged structures. The main challenge of this issue is identifying the effect of CFRP on the occurrence of failure in the joint of a cross section with normal ductility. The present study evaluates the retrofitting method for a normal ductile beam-column joint using CFRP under monotonic and cyclic loads. Thus, the finite element model of a cross section with normal ductility and made of RC is developed, and CFRP is used to retrofit the joints. This study considers three beam-column joints: one with partial CFRP wrapping, one with full CFRP wrapping, and one with normal ductility. The two cases with partial and full CFRP wrapping in the beam-column joints are used to determine the effect of retrofitting with CFRP wrapping sheets on the behavior of the beam-column joint confined by such sheets. All the models are subjected to monotonic and cyclic loading. The final capacity and hysteretic results of the dynamic analysis are investigated. A comparison of the dissipation energy graphs of the three connections shows significant enhancement in the models with partial and full CFRP wrapping. An analysis of the load-displacement curves indicates that the stiffness of the specimens is enhanced by CFRP sheets. However, the models with both partial and full CFRP wrapping exhibited no considerable improvement in terms of energy dissipation and stiffness.
El Kadi, Bassel;Cosgun, Cumhur;Mangir, Atakan;Kiymaz, Guven
Steel and Composite Structures
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v.23
no.2
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pp.143-152
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2017
This paper focuses on the seismic performance of pallet-type steel storage rack structures in their down aisle direction. As evidenced by experimental research, the seismic response of storage racks in the down-aisle direction is strongly affected by the nonlinear moment-rotation response of the beam-to-column connections. In their down-aisle direction, rack structures are designed to resist lateral seismic loads with typical moment frames utilizing proprietary beam-to-column moment-resisting connections. These connections are mostly boltless hooked type connections and they exhibit significantly large rotations resulting in large lateral frame displacements when subjected to strong ground motions. In this paper, typical hooked boltless beam-to-column connections are studied experimentally to obtain their non-linear reversed cyclic moment-rotation response. Additionally, a compound type connection involving the standard hooks and additional bolts were also tested under similar conditions. The simple introduction of the additional bolts within the hooked connection is considered to be a practical way of structural upgrade in the connection. The experimentally evaluated characteristics of the connections are compared in terms of some important performance indicators such as maximum moment and rotation capacity, change in stiffness and accumulated energy levels within the cyclic loading protocol. Finally, the obtained characteristics were used to carry out seismic performance assessment of rack frames incorporating the tested beam-to-column connections. The assessment involves a displacement based approach that utilizes a simple analytical model that captures the seismic behavior of racks in their down-aisle direction. The results of the study indicate that the proposed method of upgrading appears to be a very practical and effective way of increasing the seismic performance of hooked connections and hence the rack frames in their down-aisle direction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1119-1129
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2011
Shot-peening effects on the fatigue behavior of bearing steel were investigated under the high cyclic loading. Hourglass shape specimens were made of bearing steel(JIS-SUJ2) for rotary bending fatigue tests. Two kinds of treatments were performed : a heat treatment and a shot-peened surface treatment after the heat treatment. The fracture surfaces of specimens were classified into two types of fracture mode : the surface fracture mode induced by a surface defect and the internal fracture mode induced by a nonmetallic inclusion. Inclusion depth and shape affected considerably the fatigue life. Shot-peening treatment improved much the fatigue life of the bearing steel under low and high levels of cyclic loads. Probabilistic-stress-life (P-S-N) curves were suggested for the reliable fatigue life estimation of the improved bearing steel.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.9
no.5
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pp.527-533
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1999
Hertzian indentation tests with spherical indenters in water were conducted to examine the contact fatigue in three dental ceramics, such as feldspathic porcelain, micaceous glass-ceramic (MGC) and glass-infiltrated alumina, which was used as dental restorations, and evaluated the effect of contact damage on strength. Initial damage was dependent of microstructure, showing cone cracks of brittle behavior in the feldspathic porcelain and deformation of quasi-plastic behavior in the MGC, with an intermediate case in the glass-infiltrated alumina. However, as increasing the number of cyclic loading (n=1~n =$10^6$)all materials showed an abrupt strength degradation, at which fracture was originated from damage in the contact fatigue. There were two strength degradation with increasing the number of cyclic loading in specific loads (200N, 500N, 1000N):first was from the cone cracks, and second was from the radial cracks created by cyclic loading. The radial cracks, once formed, led to rapid degradation in strength properties, Finally the material was failed at the high number of cyclic loading. Strength degradation with indentation load at fixed number of cyclic loading indicated that the feldspathic porcelain should be highly damage tolerant to the contact fatigue.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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