Abdelhak Mesbah;Zakaria Belabed;Khaled Amara;Abdelouahed Tounsi;Abdelmoumen A. Bousahla;Fouad Bourada
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.3
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pp.291-309
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2023
This paper addresses the finite element modeling of functionally graded porous (FGP) beams for free vibration and buckling behaviour cases. The formulated finite element is based on simple and efficient higher order shear deformation theory. The key feature of this formulation is that it deals with Euler-Bernoulli beam theory with only three unknowns without requiring any shear correction factor. In fact, the presented two-noded beam element has three degrees of freedom per node, and the discrete model guarantees the interelement continuity by using both C0 and C1 continuities for the displacement field and its first derivative shape functions, respectively. The weak form of the governing equations is obtained from the Hamilton principle of FGP beams to generate the elementary stiffness, geometric, and mass matrices. By deploying the isoparametric coordinate system, the derived elementary matrices are computed using the Gauss quadrature rule. To overcome the shear-locking phenomenon, the reduced integration technique is used for the shear strain energy. Furthermore, the effect of porosity distribution patterns on the free vibration and buckling behaviours of porous functionally graded beams in various parameters is investigated. The obtained results extend and improve those predicted previously by alternative existing theories, in which significant parameters such as material distribution, geometrical configuration, boundary conditions, and porosity distributions are considered and discussed in detailed numerical comparisons. Determining the impacts of these parameters on natural frequencies and critical buckling loads play an essential role in the manufacturing process of such materials and their related mechanical modeling in aerospace, nuclear, civil, and other structures.
The free vibration of temperature-dependent functionally graded plates (FGPs) resting on a viscoelastic foundation is investigated in this paper using a newly developed simple first-order shear deformation theory (FSDT). Unlike other first order shear deformation (FSDT) theories, the proposed model contains only four variables' unknowns in which the transverse shear stress and strain follow a parabolic distribution along the plates' thickness, and they vanish at the top and bottom surfaces of the plate by considering a new shape function. For this reason, the present theory requires no shear correction factor. Linear steady-state thermal loads and power-law material properties are supposed to be graded across the plate's thickness. Uniform, linear, non-linear, and sinusoidal thermal rises are applied at the two surfaces for simply supported FGP. Hamilton's principle and Navier's approach are utilized to develop motion equations and analytical solutions. The developed theory shows progress in predicting the frequencies of temperature-dependent FGP. Numerical research is conducted to explain the effect of the power law index, temperature fields, and damping coefficient on the dynamic behavior of temperature-dependent FGPs. It can be concluded that the equation and transformation of the proposed model are as simple as the FSDT.
This paper investigates the mechanical characteristics of reinforced lightweight soil (RLS) using waste fishing net. RLS used in this experiment consists of dredged soil taken from construction site of Busan New Port, cement, air foam and waste fishing net. Several series of laboratory tests were performed to compare behavior characteristics between RLS and unreinforced lightweight soil, in which the reinforced effect by waste fishing net on RLS was evaluated. The experimental results of RLS indicated that the stress-strain relationship and the unconfined compressive strength are strongly influenced by the content of waste fishing net. Compressive strength of RLS Increased with the increase in curing time and generally increased by adding waste fishing net, but the amount of increase in compressive strength was not proportional to the content of waste fishing net. In this test, the maximum increase in compressive strength was obtained at 0.25% content of waste fishing net. On the other hand, water content of RLS rapidly decreased up to 7 days of curing time and converged to constant value.
Muhammad Umar Khan;Shamsad Ahmad;Mohammed A. Al-Osta;Ali Husain Algadhib;Husain Jubran Al-Gahtani
Advances in concrete construction
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v.15
no.3
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pp.161-170
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2023
Ultra-high-performance concrete (UHPC) is produced using high amount of cementitious materials, very low water/cementitious materials ratio, fine-sized fillers, and steel fibers. Due to the dense microstructure of UHPC, it possesses very high strength, elasticity, and durability. Besides that, the UHPC exhibits high ductility and fracture toughness due to presence of fibers in its matrix. While the high ductility of UHPC allows it to undergo high strain/deflection before failure, the high fracture toughness of UHPC greatly enhances its capacity to absorb impact energy without allowing the formation of severe cracking or penetration by the impactor. These advantages with UHPC make it a suitable material for construction of the structural members subjected to special loading conditions. In this research work, the UHPC mixtures having three different dosages of steel fibers (2%, 4% and 6% by weight corresponding to 0.67%, 1.33% and 2% by volume) were characterized in terms of their mechanical properties including facture toughness, before using these concrete mixtures for casting the slab specimens, which were tested under high-energy impact loading with the help of a drop-weight impact test setup. The effect of fiber content on the impact energy absorption capacity and central deflection of the slab specimens were investigated and the equations correlating fiber content with the energy absorption capacity and central deflection were obtained with high degrees of fit. Finite element modeling (FEM) was performed to simulate the behavior of the slabs under impact loading. The FEM results were found to be in good agreement with their corresponding experimentally generated results.
New techniques, technologies, and materials should be used to design and build sports stadiums. Since this century, much progress has been made in covering the roofs of sports stadiums, and the possibility of accurate computer calculation has been provided for stadiums, so by choosing a new structure, we can double the beauty and resistance of these stadiums. A stadium has an excellent and valuable design when its structure, shell, building, materials, and joinery follow a high architectural idea at all levels and scales. This article examines the mechanical performance of polymer cement strength in the construction of football stadiums, along with their structural knowledge in the form of the best examples in the world. Portland cement is one of the most used materials for constructing football stadiums. However, its production requires spending a lot of money, wasting energy, and damaging the environment. Considering the disadvantages in the production and consumption of concrete in different environments, it is necessary to find alternative materials. It should be used with cheaper, simpler technology, abundant primary resources, energy saving, less environmental damage, and better chemical and physical properties in concrete. High-strength concrete technology is considered a new development in the construction industry of concrete structures. In hardened concrete, strength and durability are two main factors, and as the compressive strength of concrete increases, concrete becomes more brittle. As a result, its tensile strength does not increase in proportion to the increase in compressive strength and has less strain tolerance. For this reason, the need to use is evident from the fibers in high-strength concrete. Fibers are used in concrete to increase tensile strength, prevent crack propagation, and significantly increase softness. The increase with the change of these resistances depends on the strength of concrete without fibers, the shape of fibers, and the percentage of fibers. This cement is obtained from the wastes of chemical and petrochemical industries and the wastes from coal combustion, which have the properties mentioned as substitutes for Portland cement.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.2
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pp.187-195
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2022
This study investigated the effect of artesian pressure on mechanical properties of deep cement mixing (DCM)-improved specimens. Various laboratory tests such as unconfined compression test and scanning electron microscope (SEM) were conducted on DCM specimens which curied in a water tank with different artesian pressures. The artesian pressure was determined in consideration of the laboratory scale and the hydraulic gradient in field conditions. Results of experimental tests indicated that unconfined compressive strength, secant modulus, and unit weight of specimen decreased and water content tended to increase as an artesian pressure increased. The stress-strain behavior changed brittle to ductile behaviors as an artesian pressure increased. The outflow water from the water tank reacted with the phenolphthalein solution due to the leaching phenomenon of the improved specimen. SEM analysis also confirmed that a small amount of ettringite was formed between soil particles in the specimens with artesian pressure.
Connections with damage concentrated to pre-selected components can enhance seismic resilience for moment resisting frames. These pre-selected components always yield early to dissipate energy, and their energy dissipation mechanisms vary from one to another, depending on their position in the connection, geometry configuration details, and mechanical characteristics. This paper presents behaviour insights on two types of beam-to-beam connections that the angles were designed as energy dissipation components, through the results of experimental study and finite element analysis. Firstly, an experimental programme was reviewed, and key responses concerning the working mechanism of the connections were presented, including strain distribution at the critical section, section force responses of essential components, and initial stiffness of test specimens. Subsequently, finite element models of three specimens were established to further interpret their behaviour and response that were not observable in the tests. The moment and shear force transfer paths of the composite connections were clarified through the test results and finite element analysis. It was observed that the bending moment is mainly resisted by axial forces from the components, and the dominant axial force is from the bottom angles; the shear force at the critical section is primarily taken by the slab and the components near the top flange. Lastly, based on the insights on the load transfer path of the composite connections, preliminary design recommendations are proposed. In particular, a resistance requirement, quantified by a moment capacity ratio, was placed on the connections. Design models and equations were also developed for predicting the yield moment resistance and the shear resistance of the connections. A flexible beam model was proposed to quantify the shear resistance of essential components.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5A
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pp.833-840
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2006
In design of steel column member using TMCP steels, hysteretic behavior characteristics of steel column must be clarified. To predict hysteretic behavior of steel column using TMCP steels, a cyclic plasticity model is necessary which can consider the mechanical characteristics and stress-strain relationship of TMCP steels. In this paper, a cyclic plasticity model of SM490-TMC was formulated based on monotonic and cyclic loading tests. The formulated cyclic plasticity model was applied to 3-dimensional finite element analysis. Hysteretic behavior characteristics of steel circular column and H-section column using SM490-TMC was presented by carrying out numerical analysis. Also, influence of SM490-TMC on hysteretic behavior of steel column was presented by comparing analysis results both SM490 and SM490-TMC steel column.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.6A
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pp.935-941
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2006
The hysteretic behavior of steel structure under cyclic and dynami loading such as earthquake is different to that under static loading. Because structural steels on dynamic deformation is different to static deformation with respect with mechanical characteristics and stress-strain relationship. Therefore, to accurately predict the hysteretic behavior of steel structures such as circular steel columns under cyclic and dynamic loading, the difference of loading carrying capacity and deformation according to loading rate, assumed static and dynamic deformation state, must be investigated. In this study, numerical analyses of circular steel column using SM490 for change of loading rate and diameter-thickness ratio(D/t) were carried out by using three-dimensional elastic-plastic finite element analysis and dynamic cyclic plasticity model of SM490 developed by the authors. Characteristics of hysteretic behavior of circular steel column using SM490, load carrying capacity and energy dissipation ratio, were clarified by analysis results.
Lee, Seung Yong;Choi, Jun Hyeok;Kim, Sung Hoon;Park, Cheol Woo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.67-74
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2006
The use of steel plates has been greatly increased in bridge construction, particularly for long-span bridges. For connections of those steel plates in the field, application of high-tension bold, such as M30, is highly demanded. However, the current steel construction specifications in Korea do not provide information for large-sized bolt connections. In order to evaluate the applicability of the large-sized high-tension bolt, this study experimentally investigates relaxation and slip behavior of M30 bolts with varying bolt size and plate thickness. In addition, internal compressive stress was computed using FEM analysis. The analyzed results were compared with the stress distribution measured from strain gages attached on bolts and bolt holes. From the study presented herein, the M30 high-tension bolts are anticipated to be successfully used with the relaxation less than 10% and the slip coefficient satisfying the specified limit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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