Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.6
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pp.381-386
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2022
This paper details the analytical and experimental studies performed to propose a steel damper based on the flexural yielding mechanism. The damper is composed of a set of damping plates that are designed to yield in flexure. The comparison of experimental and finite element analysis results indicate that the analytical approach adopted in this study should be appropriate to perform sensitivity studies on the geometries of the damping plates. Although the damper is originally proposed to work based on the flexural mechanism, it is observed that the contribution of the tensile behavior of the damping plate could be considerable. As the thickness of the damping plate increases, the plastic energy due to the flexural yield increases. As the thickness of the damping plate decreases, the contribution of the tensile behavior increases, and the shape of the hysteresis loop distorts.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.105-117
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2015
The purpose of this study is to develop a new seismic resistant method by using precast concrete wall panels for existing low-rise, reinforced concrete beam-column buildings such as school buildings. Three quasi-static hysteresis loading tests were experimentally performed on one unreinforced beam-column specimen and two reinforced specimens with L-type precast wall panels. The results were analyzed to find that the specimen with anchored connection experienced shear failure, while the other specimen with steel plate connection principally manifested flexural failure. The ultimate strength of the specimens was determined to be the weaker of the shear strength of top connection and flexural strength at the critical section of precast panel. In this setup of L-type panel specimens, if a push loading is applied to the reinforced concrete column on one side and push the precast concrete panel, a pull loading from upper shear connection is to be applied to the other side of the top shear connection of precast panel. Since the composite flexural behavior of the two members govern the total behavior during the push loading process, the ultimate horizontal resistance of this specimen was not directly influenced by shear strength at the top connection of precast panel. However, the RC column and PC wall panel member mainly exhibited non-composite behavior during the pull loading process. The ultimate horizontal resistance was directly influenced by the shear strength of top connection because the pull loading from the beam applied directly to the upper shear connection. The analytical result for the internal shear resistance at the connection pursuant to the anchor shear design of ACI 318M-11 Appendix-D except for the equation to predict the concrete breakout failure strength at the concrete side, principally agreed with the experimental result based on the elastic analysis of Midas-Zen by using the largest loading from experiment.
The strain rate of reinforced concrete (RC) structures stimulated by earthquake action has been generally recognized as in the range from $10^{-4}/s$ to $10^{-1}/s$. Because both concrete and steel reinforcement are rate-sensitive materials, the RC beam-column joints are bound to behave differently under different strain rates. This paper describes an investigation of seismic behavior of RC beam-column joints which are subjected to large cyclic displacements on the beam ends with three loading velocities, i.e., 0.4 mm/s, 4 mm/s and 40 mm/s respectively. The levels of strain rate on the joint core region are correspondingly estimated to be $10^{-5}/s$, $10^{-4}/s$, and $10^{-2}/s$. It is aimed to better understand the effect of strain rates on seismic behavior of beam-column joints, such as the carrying capacity and failure modes as well as the energy dissipation. From the experiments, it is observed that with the increase of loading velocity or strain rate, damage in the joint core region decreases but damage in the plastic hinge regions of adjacent beams increases. The energy absorbed in the hysteresis loops under higher loading velocity is larger than that under quasi-static loading. It is also found that the yielding load of the joint is almost independent of the loading velocity, and there is a marginal increase of the ultimate carrying capacity when the loading velocity is increased for the ranges studied in this work. However, under higher loading velocity the residual carrying capacity after peak load drops more rapidly. Additionally, the axial compression ratio has little effect on the shear carrying capacity of the beam-column joints, but with the increase of loading velocity, the crack width of concrete in the joint zone becomes narrower. The shear carrying capacity of the joint at higher loading velocity is higher than that calculated with the quasi-static method proposed by the design code. When the dynamic strengths of materials, i.e., concrete and reinforcement, are directly substituted into the design model of current code, it tends to be insufficiently safe.
A new, automated apparatus is proposed for calculating the Soil-Water Characteristic Curve (SWCC), representing a simple and easily applied testing device for continuous measurements of the volumetric water content and suction of unsaturated soils. The use of this apparatus helps to avoid the errors that arise when performing experiments. Consequently, the apparatus provides greater accuracy in calculating the SWCC of unsaturated soils. The apparatus is composed of a pressure panel, flow cell, water reservoir, air bubble trap, balance, sample-preparation accessories, and measurement system, among other components. The air pressure can attain 300 kPa, and a general test can be completed in a short time. The apparatus can simply control the drying process and wetting process. The changes in volumetric water content that occur during the drying and wetting processes are shown directly in the SWRC program, in real time. As a case study, we performed an SWCC test of Joomunjin sand (75% relative density) to measure matric suction and volumetric water content during both the drying and wetting processes. The test revealed hysteresis behavior, whereby the water content on the wetting curve is always lower than that on the drying curve for a specific matric suction, during the wetting and drying processes. Based on the test results, SWCCs were estimated using the Brooks and Corey, van Genuchten, and Fredlund and Xing models. The van Genuchten model performed best for the given soil conditions, as it yielded the highest coefficient of determination.
Dave Montellano Osabel;Hyeong-Jin Choi;Sang-Hoon Kim;Young-Ju Kim;Jae-Hoon Bae
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.4
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pp.275-282
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2024
A recently proposed rapid-disassembly , carbon-minimized dismantle connection was tested using cyclic loading. To better understand the behavior of the test specimen, three-dimensional finite element (3D-FE) analyses were conducted using a "tied model" (bolted contact surfaces are tied together) and a "bolt-slip model" (contact surfaces slip and separate). The tied model suggests that plastic hinging of the beam occurs if the proposed connection behaves rigidly. The bolt-slip model suggests that the proposed connection, if manufactured and assembled properly, can dissipate energy to about 0.5 times that experienced by a rigid connection. However, when compared in a test, its moment-rotation hysteresis curve does not match well, which suggests that the low performance of the test specimen is attributable to a manufacturing deficiency. Regardless, the results corroborate the pinching phenomenon observed in the experimental hysteresis and fracture failure of the test specimen.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.2
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pp.87-96
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1999
To analyze the dynamic behavior of structure, direct integration and mode superposition may be utilized in time domain analysis. As finite number of frequencies can give relatively exact solutions, mode superposition is preferable in analyzing structural behavior. In non-linear analysis, however, mode superposition is seldom used since time-varying element stiffness changes stiffness matrix, and the change of stiffness matrix leads to the change of essential constants - natural frequencies and mode shapes. In spite of these difficulties, there are some attempts to adopt mode superposition because of low cost compared to direct integration, but the result is not satisfactory. In this paper, a method using mode superposition in non-linear analysis is presented by separating local element stiffness from global stiffness matrix with the difference between linear and non-linear restoring forces to the external force vectors included. Moreover, the hysteresis model changing with the relative deformation in each floor makes it possible to analyze non-linear behavior of structure. The proposed algorithm is applied to shear beam model and the maximum displacement is compared with the result using direct integration method.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.224-224
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2012
For decades, carbon fiber has expanded their application fields from reinforced composites to energy storage and transfer technologies such as electrodes for super-capacitors and lithium ion batteries and gas diffusion layers for proton exchange membrane fuel cell. Especially in fuel cell, water repellency of gas diffusion layer has become very important property for preventing flooding which is induced by condensed water could damage the fuel cell performance. In this work, we fabricated superhydrophobic network of carbon fiber with high aspect ratio hair-like nanostructure by preferential oxygen plasma etching. Superhydrophobic carbon fiber surfaces were achieved by hydrophobic material coating with a siloxane-based hydrocarbon film, which increased the water contact angle from $147^{\circ}$ to $163^{\circ}$ and decreased the contact angle hysteresis from $71^{\circ}$ to below $5^{\circ}$, sufficient to cause droplet roll-off from the surface in millimeter scale water droplet deposition test. Also, we have explored that the condensation behavior (nucleation and growth) of water droplet on the superhydrophobic carbon fiber were significantly retarded due to the high-aspect-ratio nanostructures under super-saturated vapor conditions. It is implied that superhydrophobic carbon fiber can provide a passage for vapor or gas flow in wet environments such as a gas diffusion layer requiring the effective water removal in the operation of proton exchange membrane fuel cell. Moreover, such nanostructuring of carbon-based materials can be extended to carbon fiber, carbon black or carbon films for applications as a cathode in lithium batteries or carbon fiber composites.
This paper presents the results from a systematic finite element study on the bending moment resisting capacity of double web-angle connection for a CFT(concrete filled tube) composite frame subjected to cyclic loading. The three-dimensional nonlinear finite element models are constructed to investigate the rotational stiffness, bending moment capacity, and failure modes of the partially restrained composite CFT connections. A wide scope of additional structural behaviors explain the different influences of the double web-angle connections parameters, such as the different thickness of connection angles and the gage distances of high strength steel connection bar. The moment-rotation angle relationships obtained statically from the finite element analysis are compared with those from Richard's theoretical equation.
Hawileh, Rami A.;Abdalla, Jamal A.;Tanarslan, Murat H.;Naser, Mohannad Z.
Computers and Concrete
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v.8
no.2
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pp.193-206
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2011
The use of Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) to strengthen reinforced concrete beams under bending and shear has gained rapid growth in recent years. The performance of shear strengthened beams with externally bonded CFRP laminate or fabric strips is raising many concerns when the beam is loaded under cyclic loading. Such concerns warrant experimental, analytical and numerical investigation of such beams under cyclic loading. To date, limited investigations have been carried out to address this concern. This paper presents a numerical investigation by developing a nonlinear finite element (FE) model to study the response of a cantilever reinforced concrete T-beam strengthened in shear with side bonded CFRP fabric strips and subjected to cyclic loading. A detailed 3D nonlinear finite element model that takes into account the orthotropic nature of the polymer's fibers is developed. In order to simulate the bond between the CFRP sheets and concrete, a layer having the material properties of the adhesive epoxy resin is introduced in the model as an interface between the CFRP sheets and concrete surface. Appropriate numerical modeling strategies were used and the response envelope and the load-displacement hysteresis loops of the FE model were compared with the experimental response at all stages of the cyclic loading. It is observed that the responses of the FE beam model are in good agreement with those of the experimental test. A parametric study was conducted using the validated FE model to investigate the effect of spacing between CFRP sheets, number of CFRP layers, and fiber orientation on the overall performance of the T-beam. It is concluded that successful FE modeling provides a practical and economical tool to investigate the behavior of such strengthened beams when subjected to cyclic loading.
In this paper a systematic numerical analysis is performed to obtain the bending moment resisting capacity of a top and seat angle connection, which is a type of partially restrained connection, for a CFT composite frame subjected to cyclic loading. This partially restrained composite CFT connections are fabricated using high strength steel connection bar. The three-dimensional nonlinear finite element models are constructed to investigate the rotational stiffness, bending moment capacity, and failure modes. A wide scope of additional structural behaviors explain the different influences of the top and seat angle connection's parameters, such as the different thickness of connection angles and the gage distances of the high strength steel bar. The moment-rotation angle relationships obtained from the finite element analysis are compared with those from Richard's theoretical equation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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