This study investigates a new method of using a concrete disk to calculate stress intensity factor (SIF) for mixed mode cases. The results indicate that the disk method is more accurate than three point bending test (TPB) in obtaining correct SIF values for mixed mode fracture propagation. Stress intensity factors $K_{I}$ and $K_{II}$ are calculated using a center notched disk subjected to splitting load. The notch angle is calculated by finite element (FEM). Fracture toughness $K_\textsc{k}$ of the concrete is obtained from the load intensities at the initiation of crack propagation. According to the finite element analysis(FEA) and disk test, the results show that mode I and mixed mode cracks propagate toward the directions of crack face and loading point, respectively. The results from FEA with maximum stress theory compare well with the experimental date. Unlike TPB method where an accurate fracture toughness value is difficult to obtain due to the irregular shape of load deflection curve and delayed final crack propagation (following slow stable cracking). fracture toughness value is easily measured in the disk test from the crack initial load. Therefore, it is safe to conclude that disk method is more advantageous than TPB method in analyzing combined mode fracture problems.
The main goal of this study is to prepare a program for analyzing High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete (HSSFRC) slabs and predict the response and strength of the slab instead of preparing a prototype and testing it in the laboratory. For this purpose, new equations are proposed to represent the material properties of High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete. The proposed equations obtained from performing regression analysis on many experimental results using statistical programs. The finite element method is adopted for non-linear analysis of the slabs. The eight-node "Serendipity element" (3 DoF) is chosen to represent the concrete. The layered approach is adopted for concrete elements and the steel reinforcement is represented by a smeared layer. The compression properties of the concrete are modeled by a work hardening plasticity approach and the yield condition is determined depending on the first two stress invariants. A tensile strength criterion is adopted in order to estimate the cracks propagation. many experimental results for testing slabs are compared with the numerical results of the present study and a good agreement is achieved regarding load-deflection curves and crack pattern. The response of the load deflection curve is slightly stiff at the beginning because the creep effect is not considered in this study and for assuming perfect bond between the steel reinforcement and the concrete, however, a great agreement is achieved between the ultimate load from the present study and experimental results. For the models of the tension stiffening and cracked shear modulus, the value of Bg and Bt (Where Bg and Bt are the curvature factor for the cracked shear modulus and tension stiffening models respectively) equal to 0.005 give good results compared with experimental result.
To study the eccentric compressive performance of the basalt-fiber reinforced recycled aggregate concrete (BFRRAC)-filled circular steel tubular stub column, 8 specimens with different replacement ratios of recycled coarse aggregate (RCA), basalt fiber (BF) dosage, strength grade of recycled aggregate concrete (RAC) and eccentricity were tested under eccentric static loading. The failure mode of the specimens was observed, and the relationship curves during the entire loading process were obtained. Further, the load-lateral displacement curve was simulated and verified. The influence of the different parameters on the peak bearing capacity of the specimens was analyzed, and the finite element analysis model was established under eccentric compression. Further, the design-calculation method of the eccentric bearing capacity for the specimens was suggested. It was observed that the strength failure is the ultimate point during the eccentric compression of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column. The shape of the load-lateral deflection curves of all specimens was similar. After the peak load was reached, the lateral deflection in the column was rapidly increased. The peak bearing capacity decreased on enhancing the replacement ratio or eccentric distance, while the core RAC strength exhibited the opposite behavior. The ultimate bearing capacity of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column under eccentric compression calculated based on the limit analysis theory was in good agreement with the experimental values. Further, the finite element model of the eccentric compression of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column could effectively analyze the eccentric mechanical properties.
With steel and concrete composite beams, the incomplete interaction between the steel and the concrete slab leads to an appreciable increase in beam deflections. Moreover, encased composite beams using a deep deck plate or hollow-core PC slabs are critical to deflection due to their inherent geometry. In this paper, by using the calculation tools that were developed for a previous study on the deflection of encased composite beams considering the slip effects and load-slip curve, the shear bond stress and additional deflection induced due to interface slip of the encased composite beam are presented. It was found that the slip effects significantly contribute to the encased composite beam deflections and result in stiffness reduction of up to 30% compared to that of full shear interaction beams. The predicted results were compared with the measurement of 18 specimens tested in this study, and comparisons show a high degree of accuracy, within 6%.
The railway track and the substructures constructed in the field test section of Kyongbu High Speed Line are the structures for HSL, for the first time designed and constructed by domestic technical group. It is very important to verify the local design criteria and specifications for these structures and also to assure the recordings for vibration or deflection produced on the essential parts of the structures. The study to verify the high-speed railway track performance and to ensure the run in safety on the track in curved section during the KTX run. Finally, the conclusion are drawn as follows. The measuring values of the deflection effort of the rail and displacement for verifying the track performance in the field test section of Kyoungbu HSL satisfy the criteria of the foreign countries (Japan and Germany). The measured value for the wheel load and the presumed value show the consistent tendency. The wheel loads of the exterior and interior of the rails at the speed superior to 300km/h are measured same. Finally, the comparison between the theoretical value presented during the verification of the derailment to evaluate the safety of the train run at the time of the detailed design of the track and the measured value in the field shows that the correct design of track structure was applied.
In recent years steel-concrete composite shear walls have been widely used in enormous high-rise buildings. Due to high strength and ductility, enhanced stiffness, stable cycle characteristics and large energy absorption, such walls can be adopted in the auxiliary building; surrounding the reactor containment structure of nuclear power plants to resist lateral forces induced by heavy winds and severe earthquakes. This paper demonstrates a set of nonlinear numerical studies on I-shaped composite steel-concrete shear walls of the nuclear power plants subjected to reverse cyclic loading. A three-dimensional finite element model is developed using ABAQUS by emphasizing on constitutive material modeling and element type to represent the real physical behavior of complex shear wall structures. The analysis escalates with parametric variation in steel thickness sandwiching the stipulated amount of concrete panels. Modeling details of structural components, contact conditions between steel and concrete, associated boundary conditions and constitutive relationships for the cyclic loading are explained. Later, the load versus displacement curves, peak load and ultimate strength values, hysteretic characteristics and deflection profiles are verified with experimental data. The convergence of the numerical outcomes has been discussed to conclude the remarks.
The main objective of this paper is to study the dynamic load allowance (DLA) calculation methods for bridges according to the dynamic response curve. A simply-supported concrete bridge with a smooth road surface was taken as an example. A half-vehicle model was employed to calculate the dynamic response of deflection and bending moment in the mid-span section under different vehicle speeds using the vehicle-bridge coupling method. Firstly, DLAs from the conventional methods and code provisions were analyzed and critically evaluated. Then, two improved computing approaches for DLA were proposed. In the first approach, the maximum dynamic response and its corresponding static response or its corresponding minimum response were selected to calculate DLA. The second approach utilized weighted average method to take account of multi-local DLAs. Finally, the DLAs from two approaches were compared with those from other methods. The results show that DLAs obtained from the proposed approaches are greater than those from the conventional methods, which indicate that the current conventional methods underestimate the dynamic response of the structure. The authors recommend that the weighted average method based on experiments be used to compute DLAs because it can reflect the vehicle's whole impact on the bridge.
Albegmprli, Hasan M.;Gulsan, M. Eren;Cevik, Abdulkadir
Advances in concrete construction
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v.7
no.1
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pp.39-50
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2019
This study presents a comprehensive experimental investigation on mostly encountered types of Reinforced Concrete Haunched Beams (RCHBs) where three modes of RCHBs investigated; the diversity of studied beams makes it a pioneer in this topic. The experimental study consists of twenty RCHBs and four prismatic beams. Effects of important parameters including beam type, the inclination angle, flexure and compressive reinforcement, shear reinforcement on mechanical behavior and failure mode of each mode of RCHBs were examined in detail. Furthermore crack propagation at certain load levels were inspected and visualized for each RCHB mode. The results confirm that RCHBs have different behavior in shear as compared to the prismatic beams. At the same time, different mechanical behavior was observed between the modes of RCHBs. Therefore, RCHBs were classified into three modes according to the inclination shape and mode of failure (Modes A, B and C). However, it was observed that there is no significant difference between RCHBs and prismatic beams regarding flexural behavior. Moreover, a new and unified formula was proposed to predict the critical effective depth of all modes of RCHBs that is very useful to predict the critical section for failure.
This is an experimental study on the structural characteristics of reinforced concrete beams using of the oyster shells as a substitute fine aggregate of concrete. In this study, the main factors consist of the grain sizes and the percentage of substitution of oyster shells to fine aggregate in the equal water cement ratio. The results of the study showed as followed. The initial load value of them represented similar constant within 10% of the maximum load value in each test beam. But the maximum load value and the ultimate load value decreased with increased grain size and the rate of substitution. As the grain size of oyster shells became smaller, the load values of them were somewhat higher. The deflection among deformation properties of reinforced concrete beams with oyster shells represented typical curves like that of normal reinforced concrete. In the deformation of steel and concrete, the deformation was proportionated to the load till yield point and from yield point until approaching the ultimate load point. One type was typical curve of the load and the deformation and the other type irregularly was changed to very small deformation for the load increase centering around load axis. After the analyzing structural behaviors and the properties of reinforced concrete test beams with oyster shells, the most excellent grain size of oyster shells represented 1.0mm and less or 5.0mm and less with taking uniformly, and the percentage of practicable substitution of them to fine aggregate was about 30%.
Objective: The aim of this research was to evaluate the mechanical properties (MP) and degree of the phase transformation (PT) of martensitic (M-NiTi), austenitic (A-NiTi) and thermodynamic nickel-titanium wire (T-NiTi). Methods: The samples consisted of $0.016\;{\times}\;0.022$ inch M-NiTi (Nitinol Classic, NC), A-NiTi (Optimalloy, OPTI) and T-NiTi (Neo-Sentalloy, NEO). Differential scanning calorimetry (DSC), three-point bending test, X-ray diffraction (XRD), and microstructure examination were used. Statistical evaluation was undertaken using ANOVA test. Results: In DSC analysis, OPTI and NEO showed two peaks in the heating curves and one peak in the cooling curves. However, NC revealed one single broad and weak peak in the heating and cooling curves. Austenite finishing ($A_f$) temperatures were $19.7^{\circ}C$ for OPTI, $24.6^{\circ}C$ for NEO and $52.4^{\circ}C$ for NC. In the three-point bending test, residual deflection was observed for NC, OPTI and NEO. The load ranges of NC and OPTI were broader and higher than NEO. XRD and microstructure analyses showed that OPTI and NEO had a mixture of martensite and austenite at temperatures below Martensite finishing ($M_f$). NEO and OPTI showed improved MP and PT behavior than NC. Conclusions: The mechanical and thermal behaviors of NiTi wire cannot be completely explained by the expected degree of PT because of complicated martensite variants and independent PT induced by heat and stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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