In this study, small punch test and tensile test were performed with specimens directly machined from an ASTM A53 grade B carbon steel pipe at which an explosion accident was occurred in the Heavy Oil Unit. Main damage mechanism of the pipe was known as a high temperature hydrogen attack(HTHA). Effects of HTHA on the mechanical strength change of the A53B steel were studied in detail. Small punch test results have showed that maximum reaction forces, SP energy and ductility were decreased at hydrogen attacked part of the pipe compared with sound part of the pipe. Yield strength and tensile ultimate strength were calculated with the obtained small punch test curve results using different methods and compared the estimation methods. Small punch test simulation has been also performed with the finite element method and then mechanical strength, equivalent strain and fracture toughness were calculated with the obtained numerical analysis results. It was shown that the fracture toughness data calculated from small punch equivalent energy obtained by the finite element analysis for SP test was very low at the hydrogen attacked part.
The impacts of reinforcing concrete matrix with steel fibers, polypropylene fibers and recycled plastic fibers using different volume fractions of 0.15%, 0.5%, 1.5% and 2.5% on the compressive and tensile characteristics are experimentally investigated in the current research. Also, flexural behavior of plain concrete (PC) beams, shear performance of reinforced concrete (RC) beams and compressive characteristics of both PC and RC columns reinforced with recycled plastic fibers were studied. The experimental results showed that the steel fibers improved the splitting tensile strength of concrete higher than both the polypropylene fibers and recycled plastic fibers. The end-hooked steel fibers had a positive effect on the compressive strength of concrete while, the polypropylene fibers, the recycled plastic fibers and the rounded steel fibers had a negative impact. Compressive strength of end-hooked steel fiber specimen with volume fraction of 2.5% exhibited the highest value among all tested samples of 32.48 MPa, 21.83% higher than the control specimen. The ultimate load, stiffness, ductility and failure patterns of PC and RC beams in addition to PC and RC columns strengthened with recycled plastic fibers enhanced remarkably compared to non-strengthened elements. The maximum ultimate load and stiffness of RC column reinforced with recycled plastic fibers with 1.5% volume fraction improved by 21 and 15%, respectively compared to non-reinforced RC column.
The results of a series of finite element (FE) simulations and experimental studies are used to develop strength and stiffness models that predict the failure capacity and response characteristics of unstiffened extended endplate connections with circular and rectangular bolt configurations associated with deep girders. The proposed stiffness models are composed of multi-linear springs which model the overall extended endplate/column flange system deformation and strength of key-components. Comparison of model predictions with FE and experimental results available in the literature show that the proposed models accurately predict the strength and the response of extended endplate/column system with circular and rectangular bolt configurations. The effect of the bolt configuration (circular and rectangular) on the prying phenomenon encountered in the unstiffened extended endplate/column system was investigated. Based on FE results, extended endplate with circular bolt configuration has a more ductile behavior and exhibits higher total prying forces. The proposed models can be used to design connections that cover all possible failure modes for extended endplate with circular bolt configuration. This study provides guidelines for engineers to account for the additional forces induced in the tension bolts and for the maximum rotational capacity demand in the connection which are required for seismic analysis and design.
To upgrade shear performance of reinforced concrete (RC) beams, and particularly of the segments under negative moment within continuous T-section beams, a series of original schemes has been proposed using carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) U-shaped strips for shear-strengthening. The current work focuses on one of them, in which CFRP U-strips are wound around steel bars against the top of the flange of a T-beam and then spliced on its bottom face in addition to being bonded onto its sides. The test results showed that the proposed scheme successfully provided reliable anchorage for U-strips and prevented premature onset of shear failure due to FRP debonding. The governing shear mode of failure changed from peeling of CFRP to its fracture or crushing of concrete. The strengthened specimens displayed an average increase of about 60% in shear capacity over the unstrengthened control one. The specimen with a relatively high ratio and uniform distribution of CFRP reinforcement had a maximum increase of nearly 75% in strength as well as significantly improved ductility. The formulas by various codes or guidelines exhibited different accuracy in estimating FRP contribution to shear resistance of the segments that are subjected to negative moment and strengthened with well-anchored FRP U-strips within continuous T-beams. Further investigation is necessary to find a suitable approach to predicting load-carrying capacity of continuous beams shear strengthened in this way.
Current form of Corrugated-strip connectors are not popular due to the fact that the two ends of this form need to be welded to steel face plates. To overcome this difficulty, a new system is proposed in this work. In this system, bi-directional corrugated-strip connectors are used in pairs, and only one of their ends is welded to the steel face plates on each side. The other end is embedded in the concrete core. To assemble the system, common welding devices are required, and welding process can be performed in the construction sites. By performing the Push-out test under static loading, the authors experimentally assess the effects of geometric parameters on ductility, failure modes and the ultimate shear strength of the aforesaid connectors. For this purpose, sixteen experimental samples are prepared and investigated. For fifteen of these samples, one end of the shear connectors is welded to steel face plates, and the other end is embedded in the concrete. Another experimental sample is prepared in which both ends are welded to the steel face plates. According to the achieved results, several relations are proposed for predicting the ultimate shear strength and load vs. interlayer slip (load-slip) behavior of corrugated-strip connectors. Moreover, these formulas are compared with those of the well-known codes and standards. Accordingly, it is concluded that the authors' relations are more reliable.
Ductile cast iron has good ductility and toughness, for the graphite morphology is spheroidal. It has been reported that the strengthening and toughening of the ductile cast iron was resulted from the modification of matrix structure by the heat treatment or the addition of alloying elements. In this study, effects of various special heat treatments (cyclic heat treatment and intermediate heat treatment) and Ni addition on the toughness and strength of the austempered ductile cast iron were studied. The results obtained from this study were as follows : 1. The amount of fine pearlite was increased with the Ni content and the number of cycle in cyclic heat treatment. 2. When the specimens treated and not by special heat treatment at 820 was austempered, in the former the austenite was formed on grain boundary entirely, but in the latter on grain boundary partially. 3. The impact energy was decreased with the Ni content, because the coarisen austenite pools formed with the Ni content was transformed into martensite during quenching. 4. The mechanical properties of austempered ductile cast iron containing 2%Ni treated cyclic heat treatment(5 cycles)was very excellent in handness 99(HRB), impact energy 12(kg-m) maximum fracture load 1500(kg-f).
Garoosi, Allah Reza Moradi;Roudsari, Mehrzad Tahamouli;Hashemi, Behrokh Hosseini
Steel and Composite Structures
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v.34
no.6
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pp.863-875
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2020
After medium or strong earthquakes, damage in the reduced portion of RBS connections occurs due to plastic deformations. The purpose of this paper is to numerically and experimentally investigate the reduced depth section connection as a replaceable fuse. In this regard, three commonly used rigid connections with RBS, a replaceable fuse with RBS, and a replaceable fuse with Reduced Depth Section (RDS-F) were evaluated. All specimens were subjected to quasi-static cyclic load until failure. Although the final strength of the RDS-F is lower than that of the other two, laboratory results showed that it had the maximum ductility among the three samples. The numerical models of all three laboratory samples were constructed in ABAQUS, and the results were verified with great accuracy. The results of more than 28 numerical analyses showed that the RDS-F sample is more ductile than the other specimens. Moreover, the thickness of the web and the plastic section modulus increasing, the final strength would be equal to the other specimens. Therefore, the modified RDS-F with replaceability after an earthquake can be a better alternative for RBS connections.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.15
no.2
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pp.69-77
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2015
Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) has a outstanding tensile hardening behaviour after a crack develops, which gives ductility to structures. Existing shear strength model for fiber reinforced concrete is entirely based on crack opening behavior(mode I) which comes from flexural-shear failure, not considering shear-slip behavior(mode II). To find out the mode I and mode II behavior on a crack in UHPFRC simultaneously, maximum shear strength of cracked UHPFRC is investigated from twenty-four push-off test results. The shear stress on a crack is derived as variable of initial crack width and fiber volume ratio. Test results show that shear slippage is proportional to crack opening, which leads to relationship between shear transfer strength and crack width. Based on the test results a hypothesis is proposed for the physical mechanics of shear transfer in UHPFRC by tensile hardening behavior in stead of aggregate interlocking in reinforced concrete. Shear transfer strength based on tensile hardening behavior in UHPFRC is suggested and this suggestion was verified by comparing direct tensile test results and push-off test results.
In this article the seismic demand and performance of two recent braced steel frames named steel moment frames with the elliptic bracing (ELBRFs) are assessed through a laboratory program and numerical analyses of FEM. Here, one of the specimens is without connecting bracket from the corner of the frame to the elliptic brace (ELBRF-E), while the other is with the connecting brackets (ELBRF-B). In both the elliptic braced moment resisting frames (ELBRFs), in addition to not having any opening space problem in the bracing systems when installed in the surrounding frames, they improve structure's behavior. The experimental test is run on ½ scale single-story single-bay ELBRF specimens under cyclic quasi-static loading and compared with X-bracing and SMRF systems in one story base model. This system is of appropriate stiffness and a high ductility, with an increased response modification factor. Moreover, its energy dissipation is high. In the ELBRF bracing systems, there exists a great interval between relative deformation at the yield point and maximum relative deformation after entering the plastic region. In other words, the distance from the first plastic hinge to the collapse of the structure is fairly large. The experimental outcomes here, are in good agreement with the theoretical predictions.
Intermetallic compound matrix composites have been expected to be established as high temperature structural components. $Ni_3Al$ is a representative intermetallic alloy, which has excellent ductility even at room temperature by adding certain alloying elements. $Ni_3Al$ matrix composites with aluminum oxide particles, which are formed by the in-situ reaction between the alloy and aluminum borate whiskers, are fabricated by a powder metallurgical method. The addition of aluminum borate whiskers disperses the synthetic aluminum oxide particles during sintering and dramatically increases the strength of the composite. The uniform dispersion of reaction synthesized aluminum oxide particles and the uniform solution of boron in the matrix seem to play an important role in the improvement in strength. There is a dramatic increase in strength with the addition of the whisker, and the maximum value is obtained at a 10 vol% addition of whisker. The $Ni_3Al$ composite with 10 vol% aluminum oxide particles $0.3{\mu}m$ in size and with 0.1 wt% boron powder fabricated by the conventional powder metallurgical process does not have such high strength because of inhomogeneous distribution of aluminum oxide particles and of boron. The tensile strength of the $Ni_3Al$ with a 10 vol% aluminum borate whisker reaches more than twice the value, 930 MPa, of the parent alloy. No third phase is observed between the aluminum oxide and the matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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