A rational three-dimensional nonlinear finite element model is described and implemented for evaluating the behavior of high strength concrete slabs under transverse load. The concrete was idealized by using twenty-nodded isoparametric brick elements with embedded reinforcements. The concrete material modeling allows for normal (NSC) and high strength concrete (HSC), which was calibrated based on experimental data. The behavior of concrete in compression is simulated by an elastoplastic work-hardening model, and in tension a suitable post-cracking model based on tension stiffening and shear retention models are employed. The nonlinear equations have been solved using the incremental iterative technique based on the modified Newton-Raphson method. The FE formulation and material modeling is implemented into a finite element code in order to carry out the numerical study and to predict the behavior up to ultimate conditions of various slabs under transverse loads. The validity of the theoretical formulations and the program used was verified through comparison with available experimental data, and the agreement has proven to be very good. A parametric study has been also carried out to investigate the influence of different material and geometric properties on the behavior of HSC slabs. Influencing factors, such as concrete strength, steel ratio, aspect ratio, and support conditions on the load-deflection characteristics, concrete and steel stresses and strains were investigated.
본 논문은 고장력 인장봉에 의해 보강된 RC보의 휨거동을 평가하기 위한 해석적 방법을 제시하고 있다. 본 연구에 대한 선행 실험결과를 이용하였다. 실험 논문에서는 외부 강봉 보강의 이점에 대해서 소개하고 있다. 휨거동을 평가하기 위해 본 논문은 해석적 방법으로 단순누가산정의 방법을 제시하고 있다. 이 방법은 기본적으로 고장력 인장봉에 의해 보강된 RC보가 받는 전체하중은 강봉이 없는 RC보가 받는 하중과 강봉 자체가 받는 하중의 합과 같다고 가정한 것이다. 추가로 강봉에 의해 발생하는 축력과 강봉에 주어진 프리스트레스트에 대하여 고려를 하였다. 실험 결과와 이론해석의 결과값을 비교하여 단순누가산정 방법은 고장력 인장봉에 의해 보강된 RC보의 비선형 휨거동을 예측함에 있어서 비교적 정확한 상관관계를 보여주고 있다.
This study was analyed V-bending in order to analyze the spring-back phenomenon in the roll forming process. The material of forming sheet used in the roll forming process is high tension steel and the product name of sheet material is POSTEN 60. The most important variable is the number of roll passes (3-Pass, 4-Pass, 5-Pass, 6-Pass and 10-Pass) and other roll forming process variables were fixed. To determine the characteristics of the tension and compression, the forming sheet was analyzed by dividing the layer (Upper and Bottom) in the thickness direction from the center line. The results of FEM simulation analysis was derived to von-mises stress equivalent strain, and the spring-back value was calculated according to the final forming shape. The more number of the roll pass, von-mises stress and equivalent strain value of forming sheet were lowed. Also, spring-back values tended to decrease. The results of this study can be utilized for prediction and trend of spring-back value in the roll forming process applied to high tension steel sheet. So, development time and cost of the roll forming process is expected to be reduced.
Fracture mechanics does work for concrete, provided that one uses a proper, nonlinear form of fracture mechanics in which a finite nonlinear zone at fracture front is being considered. The fracture process zone is a region ahead of a traction-free crack, and the development of model of fracture process zone is most important to describe fracture phenomena in concrete. This paper is about fracture behavior of concrete cylinder under lateral pressure. Concrete cylinders were made of high strength normal connote, steel fiber reinforced concrete and steel fiber reinforced polymer-impregnated concrete and concrete and the fracture behavior such as cracking propagation and ultimate load are observed. The fracture process zone is modelled by a Dugdale-Barenblatt type model with linear tension-softening curve and are implemented to the boundary element technique for the fracture analyses of the cylinders. The experimental results are compared with analysis results and tension-softening curves for the steel fiber reinforced concrete and steel fiber reinforced polymer-impregnated concrete are obtained by back analyses.
The specimens made by Z2CND18.12N austenitic stainless steel were conducted on a 100 kN closed loop servo hydraulic tension-compression testing machine with a digital controller. Uniaxial tension and uniaxial ratcheting effect tests were carried out at $25^{\circ}C$. Moreover, Uniaxial tension tests were conducted at $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$ and $350^{\circ}C$. Based on these experimental data, the prediction models of stress-strain curve and the relationship of ratcheting strain and number of cycles were established by the algorithm principle of BP neural network. The results indicated that the predicted results of neural network model were in well agreement with experimental data. It was found that the BP neural network model had high validity and accuracy.
This paper explored the viability of utilising titanium alloy bolts in the construction industry through an experimental programme, where a total of sixty-six titanium alloy (Ti/6Al/4V) bolts were tested under axial tension, pure shear and combined tension and shear. In addition, a series of Charpy V-notch specimens machined from titanium alloy bolts, conventional high-strength steel bolts, austenitic and duplex stainless steel bolts were tested for impact toughness comparisons. The obtained experimental results demonstrated that the axial tensile and pure shear capacities of titanium alloy bolts can be reasonably estimated by the current design standards for steel structures (Eurocode 3, AS 4100 and AISC 360). However, under the combined tension and shear loading conditions, significant underestimation by Eurocode 3 and unsafe predictions through AS 4100 and AISC 360 indicate that proper modifications are necessary to facilitate the safe and economic use of titanium alloy bolts. In addition, numerical models were developed to calibrate the fracture parameters of the tested titanium alloy bolts. Furthermore, a design-based selection process of titanium alloy bolts in the structural applications was proposed, in which the ultimate strength, ductility performance and corrosion resistance (including galvanic corrosion) of titanium alloy bolts was mainly considered.
고장력 볼트를 적용한 원형단면 콘크리트 충전 강재 기둥-기초 연결부의 합리적인 설계범위를 제안하기 위하여 축하중과 수평하중을 동시에 받는 기둥-기초 연결부의 전반적인 구조적 거동과 설계변수에 따른 거동특성을 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 해석적으로 검토하였다. 이를 위해 앵커볼트를 고장력 볼트로 대신하는 선행연구의 실험을 토대로 수치해석을 실시하였으며, 해석방법의 타당성을 검증하였다. 또한 현행 설계기준을 분석하여 기둥-기초 연결부 거동에 영향을 미치는 설계변수(앵커의 묻힘깊이, 앵커의 강종, 리브의 높이, 리브의 두께)를 선정하였으며, 설계변수에 따른 기둥-기초 연결부의 거동특성을 비교 분석하였다. 일반 앵커에 비해 고장력 볼트를 적용하는 것이 기둥-기초 연결부의 거동에 유리한 것으로 나타났으며, 고장력 볼트의 최소 묻힘깊이는 기둥 직경(D)을 기준으로 0.5D이상으로 설계하는 것이 합리적이라고 판단된다. 리브의 높이는 0.5D이상, 리브의 두께는 베이스플레이트 두께($t_b$)를 기준으로 $0.4t_b$이상으로 설계하는 것이 합리적이라고 판단된다.
표준공으로 고장력볼트를 체결한 인장부재는 구조내력은 증가하지만 시공성이나 경제성 측면에서 문제점을 야기시키게 된다. 본 연구에서는 인장부재의 고장력볼트 체결부를 표준공 및 과대공으로 하는 총 28개의 시험편을 제작하여 인장시험을 실시하였다. 시험결과로부터 얻어진 표준공 및 과대공 시험편의 인장하중을 순단면 및 연단거리에 의한 설계강도와 비교하여 연결부의 강도변화를 확인하였다. 과대공으로 제작된 시험편의 인장하중은 표준공으로 제작된 시험편의 인장하중보다 감소하였으나, 현행 설계기준의 설계강도를 상회하였으며 과대공으로 인하여 다소의 강도저하는 부득이하지만 안전성을 만족하였다.
Acoustic emission(AE) measurement was carried out to evaluate the fracture behavior of high tension steel. Fracture toughness $K_{AE}$ could be determined reasonably by using the load value corresponding to an abrupt change of the accumulated AE counts AE emitted from the test specimens. AE characteristics of the base metal, the weld metal and the heat-affected zone could be distinguished using a constant value b which represented the AE amplitude distribution, Consequently the structure integrity can be evaluated by variation of the constant b at the load level. In addition it was found that AE signals due to crack growth have high amplitude but low rise time and duration.
본 연구에서는 섬유혼입률이 초고강도 강섬유보강 콘크리트의 인장연화거동 특성에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 노치 낸 보에 대한 3점 재하 휨실험을 통해 초고강도 강섬유보강 콘크리트의 휨인장 거동을 구하고, Uchida 등이 제안한 역해석법을 사용하여 휨 실험 결과로부터 인장연화곡선을 도출하였다. 노치 낸 보의 휨 실험 결과에서 초기강성은 섬유혼입률에 관계없이 일정한 값을 나타내고, 강섬유의 혼입률이 증가할수록 초고강도 강섬유보강 콘크리트의 휨인장강도는 증가하며 연화거동은 일정 균열폭에서 점근적으로 수렴하는 경향을 나타내었다. 역해석을 통해 구한 인장연화곡선으로부터 섬유혼입률과 임계균열폭, $\omega_0$의 함수로 인장연화모델을 제안하였으며, 인장연화모델은 균열이 진행됨에 따라 일정한 인장응력 값을 가지는 소성구간과 지수함수로 주어지는 연화구간으로 나누어 제시하였다. 본 연구에서 제시한 인장연화모델을 적용하여 점성균열모델을 이용한 유한요소해석을 수행한 결과, 해석 결과와 실험 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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