Shear walls are a typical member under a complex stress state and have complicated mechanical properties and failure modes. The separated-elements model Genetic Evolutionary Structural Optimization (GESO), which is a combination of an elastic-plastic stress method and an optimization method, has been introduced in the literature for designing such members. Although the separated-elements model GESO method is well recognized due to its stability, feasibility, and economy, its adequacy has not been experimentally verified. This paper seeks to validate the adequacy of the separated-elements model GESO method against experimental data and demonstrate its feasibility and advantages over the traditional elastic stress method. Two types of reinforced concrete shear wall specimens, which had the location of an opening in the middle bottom and the center region, respectively, were utilized for this study. For each type, two specimens were designed using the separated-elements model GESO method and elastic stress method, respectively. All specimens were subjected to a constant vertical load and an incremental lateral load until failure. Test results indicated that the ultimate bearing capacity, failure modes, and main crack types of the shear walls designed using the two methods were similar, but the ductility indexes including the stiffness degradation, deformability, reinforcement yielding, and crack development of the specimens designed using the separated-elements model GESO method were superior to those using the elastic stress method. Additionally, the shear walls designed using the separated-elements model GESO method, had a reinforcement layout which could closely resist the actual critical stress, and thus a reduced amount of steel bars were required for such shear walls.
This work deals with a damage model formulation taking into account the unilateral effect of the mechanical behaviour of brittle materials such as concrete. The material is assumed as an initial elastic isotropic medium presenting anisotropy, permanent strains and bimodularity induced by damage evolution. Two damage tensors governing the stiffness in tension or compression regimes are introduced. A new damage tensor in tension regimes is proposed in order to model the diffuse damage originated in prevails compression regimes. Accordingly with micromechanical theory, the constitutive model is validate when dealing with unilateral effect of brittle materials, Finally, the proposed model is applied in the analyses of reinforced concrete framed structures submitted to reversal loading. The numerical results have shown the good performance of the modelling and its potentialities to simulate practical problems in structural engineering.
When carbon-filled rubber specimens are subjected to cyclic loading, they do not return to their initial state after loading and subsequent unloading, but exhibit a residual strain or permanent deformation. We propose a specific form of the pseudo-elastic energy function to represent cyclic loading for incompressible, isotropic materials with stress softening and residual strain. The essence of the pseudo-elasticity theory is that material behaviour in the primary loading path is described by a common elastic strain energy function, and in unloading, reloading or secondary unloading paths by a different strain energy function. The switch between strain energy functions is controlled by the incorporation of a damage variable into the strain energy function. An extra term is added to describe the permanent deformation. The finite element implementation of the proposed model is presented in this paper. All parameters in the proposed model and elastic law can be easily estimated based on experimental data. The numerical analyses show that the results are in good agreement with experimental data.
A two-level displacement-based design procedure is developed. To obtain the displacement demands, elastic spectra for occasional earthquakes and inelastic spectra for rare earthquakes are used. Minimum global stiffness and strength to be supplied to the structure are based on specified maximum permissible drift limits and on the condition that the structure responds within the elastic range for occasional earthquakes. The performance of the structure may be assessed by an inelastic push-over analysis to the required displacement and the evaluation of damage indices. The approach is applied to the design of a five-story reinforced concrete coupled wall structure located in the most hazardous seismic region of Argentina. The inelastic dynamic response of the structure subjected to real and artificially generated acceleration time histories is also analyzed. Finally, advantages and limitations of the proposed procedure from the conceptual point of view and practical application are discussed.
The numerical simulations on the influence of mesoscopic structures on the macroscopic strength and fracture characteristics are carried out based on that the concrete is assumed to be a three-phase composite composed of matrix (mortar), aggregate and bond between them by using a numerical code named MFPA. The finite element program is employed as the basic stress analysis tool when the elastic damage mechanics is used to describe the constitutive law of meso-level element and the maximum tensile strain criterion and Mohr-Coulomb criterion are utilized as damage threshold. It can be found from the numerical results that the bond between matrix and aggregate has a significant effect on the macroscopic mechanical performance of concrete.
The present paper deals with the identification of a concentrated damage in an elastic parabolic arch through the minimization of an objective function which measures the differences between numerical and experimental values of static displacements. The damage consists in a notch that reduces the height of the cross section at a given abscissa and therefore causes a variation in the flexural stiffness of the structure. The analytical values of static displacements due to applied loads are calculated by means of the principle of virtual work for both the undamaged and damaged arch. First, pseudo-experimental data are used to study the inverse problem and investigate whether a unique solution can occur or not. Various damage intensities are considered to assess the reliability of the identification procedure. Then, the identification procedure is applied to an experimental case, where displacements are measured on a prototype arch. The identified values of damage parameters, i.e., location and intensity, are compared to those obtained by means of a dynamic identification technique performed on the same structure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.4
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pp.191-197
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2018
This paper details the development of an isotropic elastic-damage constitutive model for polymeric foam based on irreversible thermodynamics to consider the growth and coalescence of voids. The constitutive equations describe the material behavior sustaining unilateral damage. To facilitate finite element analysis, the material properties for specific types of polymeric foams are applied to the developed model; the model is then implemented in ABAQUS as a user-defined material subroutine. To validate the developed damage model, the simulated results are compared to the results of a series of tensile tests on various polymeric foams. The proposed damage model can be utilized to further research on continuum damage mechanics and finite element analysis of polymeric foams in computational engineering.
In this paper the kinematics of damage for finite strain, elasto-plastic deformation is introduced using the fourth-order damage effect tensor through the concept of the effective stress within the framework of continuum damage mechanics. In the absence of the kinematic description of damage deformation leads one to adopt one of the following two different hypotheses for the small deformation problems. One uses either the hypothesis of strain equivalence or the hypotheses of energy equivalence in order to characterize the damage of the material. The proposed approach in this work provides a general description of kinematics of damage applicable to finite strains. This is accomplished by directly considering the kinematics of the deformation field and furthermore it is not confined to small strains as in the case of the strain equivalence or the strain equivalence approaches. In this work, the damage is described kinematically in both the elastic domain and plastic domain using the fourth order damage effect tensor which is a function of the second-order damage tensor. The damage effect tensor is explicitly characterized in terms of a kinematic measurure of damage through a second-order damage tensor. Two kinds of second-order damage tensor representations are used in this work with respect to two reference configurations.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.16
no.4
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pp.59-66
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2016
Recently damage of structures and loss of life by terrorism are internationally increasing. Among these terror that have a possibility to can happen in korea and that can caused lot of human life loss is the vehicle terror. To prevent the vehicle terror, the anti-ram barriers are needed. But domestic standard about anti-ram barriers are not clear. So, in this study, we will utilize and analyze the vehicle impact to evaluate the efficiency of the domestic bollard and suggest the installation standard of those. In Korea, granite, elastic, steel and stainless bollard are used. The performance of those bollard is not available. Elastic bollard couldn't stop the vehicle, and the others just could stop the vehicle only at the speed under 10kph. Therefore, set the variable to reinforce, and evaluate the defence efficiency of bollard. As a result, granite and elastic bollard was not suitable for the anti-ram barriers. Performance of steel bollard increased as thickness grew. So steel bollard should must be thicker than 10T. And the concrete compressive strength effected insignificantly on the defence efficiency, so more than 24MPa compressive concrete be used. Performance of stainless bollard increased as thickness grew. So stainless bollard should must be thicker than 13T.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.2
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pp.257-270
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2000
The objective of this study is to develop a damage model based on damage mechanics that can be used to analyze the mechanical behavior of structures with defects and the global behavior of damaged structures. A modified second order damage tensor that can be applied to finite element analysis is used to reflect the effect of damage. The damage stress computed from the effective stress is considered as an additional loading term acting on nodes and can represent the effect of crack surface. The accuracy of the proposed algorithm is verified by comparing the analysis results with the experimental data from other studies and the analysis results based on transverse isotropic theory. The developed damage model is applied to the analyses of structures with cracks under linear elastic condition. The comparisons confirmed that the quantitative analysis of the structural behavior due to crack orientation and multiple sets of cracks is possible. Also, the damage caused by rock excavation and fault zone is analyzed. The results also showed that the developed model can effectively analyze the global behavior of damaged structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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