Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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제23권3호
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pp.143-149
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2019
In this study, a U-shape composite beam was developed to be effectively used for a steel parking lot which is 8m or lower in height. When the U-shape composite beam was applied to a steel parking lot, essential considerations were story-height and long-span. In addition, due to the mixed structural system with reinforced concrete and steel material, the U-shape composite beam needed to have a structural integrity and reliable performance over demand capacity. The main objective of this study was to investigate the performance of the structure consisting of the reinforced concrete (RC) slab and U-shape beam. A U-shape composite beam generally used at a parking lot served as a control specimen. Four specimens were tested under four-point bending. To calculate theoretical values, strain gauges were attached to rebar, steel plate, and concrete surface in the middle of the specimens. As the results, initial yielding strength of the control specimen occurred at the bottom of the U-shaped steel. After yielding, the specimen reached the maximum strength and the RC slab concrete was finally failed by concrete crush due to compressive stress. The structural performance such as flexural strength and ductility of the specimen with the increased beam depth was significantly improved in comparison with the control specimen. Furthermore, the design of the U-shape composite beam with the consideration of flexural strength and ductility was effective since the structural performance by a negative loading was relatively decreased but the ductile behavior was evidently improved.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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제37권2호
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pp.103-110
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2024
In this study, a nonlinear dynamic analysis of a frame and single member, which reflect the characteristics of a plant facility, is performed using the commercial MIDAS GEN program and the results are analyzed. The general structural members and material properties of the plant are considered. The Newmark average-acceleration numerical-analysis method is applied to a plastic hinge to study material nonlinearity. The blast load of a vapor-cloud explosion, a representative plant explosion, is calculated, and nonlinear dynamic analysis is conducted on a frame and single member. The observed dynamic behavior is organized according to the ratio of natural period to load duration, maximum displacement, ductility, and rotation angle. The conditions and range under which the frame functions as a single member are analyzed and derived. NSFF with a beam-column stiffness ratio of 0.5 and ductility of 2.0 or more can be simplified and analyzed as FFC, whereas NSPF with a beam-column stiffness ratio of 0.5 and ductility of 1.5 or more can be simplified and analyzed as FPC. The results of this study can serve as guidelines for the blast-resistant design of plant facilities.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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제35권5호
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pp.317-324
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2022
In this paper, an analysis method that considers the initial static displacement of structural members using an equivalent single-degree-of-freedom system is presented. Newmark's dynamic analysis algorithm was improved to consider the effect of the initial static displacements of structural members. The effect of the initial static displacement on the maximum response according to the assumed duration of the blast load and natural period of the member was investigated. The effects of positive and negative static displacements on the maximum dynamic responses of structural members subjected to a positively applied blast load were also studied. Modified response charts for the shock-type and pressure-type waves are presented so that static displacements can easily be considered. Using a design example, we demonstrate the significance of the modified response chart that considers the static displacement. Based on the results of this study, the maximum response of a the structural member can be easily obtained whilst considering its initial static displacement. The modified response chart presented in this study can be used for the structural design of plants and military facilities.
Seyyed Amir Hossein, Madani;S. Mohammad, Mirhosseini;Ehsanolah, Zeighami;Alireza, NezamAbadi
Advances in concrete construction
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제14권5호
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pp.299-307
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2022
Cement-based matrixes have low tensile strength and negligible ductility. Adding fibres to these matrixes will improve their mechanical properties and make these composites suitable for structural applications. Post-cracking tensile strength of steel fibers-reinforced cementitious composite materials is directly related to the number of transverse fibers passing through the crack width and the pulling-out behavior of each of the fibers. Therefore, the exact recognition of the pullout behavior of single fibers is necessary to understand the uniaxial tensile and bending behavior of steel fiber-reinforced concrete. In this paper, an experimental study has been carried out on the pullout behavior of 3D (steel fibers with totally two hooks at both ends), 4D (steel fibers with a total of four hooks at both ends), and 5D (steel fibers with totally six hooks at both ends) in which the fibers have been located either perpendicular to the crack width or in an inclined manner. The pullout behavior of the mentioned steel fibers at an inclination angle of 0, 15, 30, 45, and 60 degrees and with embedded lengths of 10, 15, 20, 25, and 30 millimetres is studied in order to explore the simultaneous effect of the inclination angle of the fibers relative to the alongside loading and the embedded length of fibers on the pullout response in each case, including the maximal pullout force, the slip of the maximum point of pullout force, pullout energy, fiber rupture, and concrete matrix spalling. The results showed that the maximum pullout energy in 3D, 4D, and 5D steel fibers with different embedded lengths occurs at 0 to 30° inclination angles. In 5D fibers, maximum pullout energy occurs at a 30° angle with a 25 mm embedded length.
Through lessons in recent earthquakes, the bridge engineering community recognizes the need for new seismic design methodologies based on the inelastic structural performance of RC bridge structures. This study represents results of performance-based fragility analysis of reinforced concrete (RC) bridge. Monte carlo simulation is performed to study nonlinear dynamic responses of RC bridge. Two-parameter log-normal distribution function is used to represent the fragility curves. These two-parameters, referred to as fragility parameters, are estimated by the traditional maximum likelihood procedure, which is treated each event of RC bridge pier damage as a realization of Bernoulli experiment. In order to formulate the fragility curves, five different damage states are described by two practical factors: the displacement and curvature ductility, which are mostly influencing on the seismic behavior of RC bridge piers. Five damage states are quantitatively assessed in terms of these seismic ductilities on the basis of numerous experimental results of RC bridge piers. Thereby, the performance-based fragility curves of RC bridge pier are provided in this paper. This approach can be used in constructing the fragility curves of various bridge structures and be applied to construct the seismic hazard map.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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제18권3호
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pp.40-48
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2014
In this study, experimental research was carried out to evaluate and improve the seismic performance of reinforced concrete beam-column joint regions using strengthening materials (embedded CFRP rod and CFRP sheet) in existing reinforced concrete building. Therefore it was constructed and tested six specimens retrofitting the beam-column joint regions using such retrofitting materials. Specimens, designed by retrofitting the beam-column joint regions of existing reinforced concrete building, were showed the stable failure mode and increase of load-carrying capacity due to the effect of crack control at the times of initial loading and confinement of retrofitting materials during testing. Specimens RBCJ-SRC2, designed by the retrofitting of CFRP Rod and CFRP Sheet in reinforecd beam-column joint regions were increased its maximum load carrying capacity by 1.97 times and its energy dissipation capacity by 2.08 times in comparison with standard specimen RBCJ for a displacement ductility of 4 and 7. Also, specimens RBCJ-SRC2 were increased its maximum load carrying capacity by 1.09~1.11 times in comparison with specimen RBCJ-SR series. And Specimens RBCJ-CS, RBCJ-SR series, RBCJ-SRC2 were increased its energy dissipation capacity by 1.10~2.30 times in comparison with standard specimen RBCJ for a displacement ductility of 5, 6.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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제10권4호
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pp.55-66
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2006
This paper considers the nonlinear direct spectrum method to estimate seismic performance of mixed building structures without iterative computations, given dynamic property $T_1$ from stiffness skeleton curve and nonlinear pseudo acceleration $A_{1y}/g$ and/or ductility ratio p from response spectrum. Nonlinear response history analysis has been performed and analysed with various earthquakes for evaluation of correctness and confidence of nonlinear direct spectrum method. The conclusions of this study are as follows; (1) Nonlinear direct spectrum method is considered as a practical method which is applicable to compute the structural initial elastic period and the yielding strength from stiffness skeleton owe and calculate the nonlinear maximum response of structure directly from nonlinear response spectrum. (2) The comparison of the analysis results from NDSM and NRHA showed that the average errors were less than 20% in about 3/4 of the analysis cases, and that the results obtained from NDSM turned out to be generally larger than those from NRHA.
Shape memory alloys (SMA) exhibit superelasticity which refers to the capability of entirely recovering large deformation upon removal of applied forces and dissipating input energy during the cyclic loading reversals when the environment is above the austenite finish temperature. This property is increasingly favored by the earthquake engineering community, which is currently developing resilient structures with prompt recovery and affordable repair cost after earthquakes. Compared with the other SMAs, NiTi SMAs are widely deemed as the most promising candidate in earthquake engineering. This paper contributes to evaluate the seismic performance of properly designed concentrically braced frames (CBFs) equipped with NiTi SMA braces under earthquake ground motions corresponding to frequently-occurred, design-basis and maximum-considered earthquakes. An ad hoc seismic design approach that was previously developed for structures with idealized SMAs was introduced to size the building members, by explicitly considering the strain hardening characteristics of NiTi SMA particularly. The design procedure was conducted to compliant with a suite of ground motions associated with the hazard level of design-basis earthquake. A total of four six-story CBFs were designed by setting different ductility demands for SMA braces while designating with a same interstory drift target for the structural systems. The analytical results show that all the designed frames successfully met the prescribed seismic performance objectives, including targeted maximum interstory drift, uniform deformation demand over building height, eliminated residual deformation, controlled floor acceleration, and slight damage in the main frame. In addition, this study indicates that the strain hardening behavior does not necessarily impose undesirable impact on the global seismic performance of CBFs with SMA braces.
Low cyclic loading tests are conducted on the steel reinforced recycled concrete (SRRC) column-steel (S) beam composite frame joints. This research aims to evaluate the earthquake damage performance of composite frame joints by performing cyclic loading tests on eight specimens. The experimental failure process and failure modes, load-displacement hysteresis curves, characteristic loads and displacements, and ductility of the composite frame joints are presented and analyzed, which shows that the composite frame joints demonstrate good seismic performance. On the basis of this finding, seismic damage performance is examined by using the maximum displacement, energy absorbed in the hysteresis loops and Park-Ang model. However, the result of this analysis is inconsistent with the test failure process. Therefore, this paper proposes a modified Park-Ang seismic damage model that is based on maximum deformation and cumulative energy dissipation, and corrected by combination coefficient ${\alpha}$. Meanwhile, the effects of recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage and axial compression ratio on the seismic damage performance are analyzed comprehensively. Moreover, lateral displacement angle is used as the quantification index of the seismic performance level of joints. Considering the experimental study, the seismic performance level of composite frame joints is divided into five classes of normal use, temporary use, repair after use, life safety and collapse prevention. On this basis, the corresponding relationships among seismic damage degrees, seismic performance level and quantitative index are also established in this paper. The conclusions can provide a reference for the seismic performance design of composite frame joints.
In this paper, wavy square absorbers were experimentally and numerically investigated. Numerical simulations were performed with LS-Dyna software on 36 wavy absorbers and their crushing properties were extracted and compared with the simple one. The effect of different parameters, including wave height, wave depth, and wave type; either internal or external on the crushing characteristics were also investigated. To experimentally create corrugation to validate the numerical results, a set of steel mandrel and matrix along with press machines were used. Since the initial specimens were brittle, they were subjected to heat treatment and annealing to gain the required ductility for forming with mandrel and matrix. The annealing of aluminum shells resulted in a 76%increase in ultimate strain and a 60% and 56% decrease in yield and ultimate stresses, respectively. The results showed that with increasing half-wave height in wavy square absorbers, the maximum force was first reduced and then increased. It was also found that in the specimen with constant diameter and half-wave depth, an increment in the half-wave height led to an initial increase in efficiency, followed by a decline. According to the conducted investigations, the lowe maximum force can be observed in the specimen with zero half-wave depth as compared to those having a depth of 1 cm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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