Kolsek, Jerneja;Hozjan, Tomaz;Kroflic, Ales;Saje, Miran;Planinc, Igor
Steel and Composite Structures
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v.16
no.6
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pp.559-576
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2014
A new mathematical model and its finite element formulation for the non-linear stress-strain analysis of a planar beam strengthened with plates bolted or adhesively bonded to its lateral sides is presented. The connection between the layers is considered to be flexible in both the longitudinal and the transversal direction. The following assumptions are also adopted in the model: for each layer (i.e., the beam and the side plates) the geometrically linear and materially non-linear Bernoulli's beam theory is assumed, all of the layers are made of different homogeneous non-linear materials, the debonding of the beam from the side-plates due to, for example, a local buckling of the side plate, is prevented. The suitability of the theory is verified by the comparison of the present numerical results with experimental and numerical results from literature. The mechanical response arising from the theoretical model and its numerical formulation has been found realistic and the numerical model has been proven to be reliable and computationally effective. Finally, the present formulation is employed in the analysis of the effects of two different realizations of strengthening of a characteristic simply supported flexural beam (plates on the sides of the beam versus the tension-face plates). The analysis reveals that side plates efficiently enhance the bearing capacity of the flexural beam and can, in some cases, outperform the tensile-face plates in a lower loss of ductility, especially, if the connection between the beam and the side plates is sufficiently stiff.
A set of mid-rise bare and uniformly infilled reinforced-concrete frame buildings are analyzed for two different seismic intensities of ground-motions (i.e., 'Design Basis Earthquake' and 'Maximum Considered Earthquake') to study their floor response. The crucial parameters affecting seismic design force for acceleration-sensitive non-structural components are studied and compared with the guidelines of the European and the United States standards, and also with the recently developed NIST provisions. It is observed that the provisions of both the European and the United States standards do not account for the effects of the period of vibration of the supporting structure and seismic intensity of ground-motions and thereby provides conservative estimates of the in-structure amplification. In case of bare frames, the herein derived component amplification factors for both the design basis earthquake and the maximum considered earthquake exceeds with their recommended values in the European and the United States standards for non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration, whereas, in case of infilled frames, component amplification factors exceeds with their recommended value in the European standard for non-structural components having periods in vicinity of the fundamental mode of vibration, and only for the design basis earthquake. As a consequence of these observations, as well as capping on the design force (in case of United states standard and NIST provisions), in case of the design basis earthquake, the combined amplification factor is underestimated for non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration of bare frames, and also for non-structural components having periods in vicinity of the fundamental mode of vibration of infilled frames. At the maximum considered earthquake demand, excepting non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration of bare frames, all provisions generally provide conservative estimates of the design floor accelerations.
Steel plate shear walls (SPSWs) are one of the most important and widely used lateral load-bearing systems. The reason for this is easier execution than reinforced concrete (RC) shear walls, faster construction time, and lower final weight of the structure. However, the main drawback of SPSWs is premature buckling in low drift ratios, which affects the energy absorption capacity and global performance of the system. To address this problem, two groups of SPSWs under cyclic loading were investigated using the finite element method (FEM). In the first group, several series of circular rings have been used and in the second group, a new type of SPSW with concentric circular rings (CCRs) has been introduced. Numerous parameters include in yield stress of steel plate wall materials, steel panel thickness, and ring width were considered in nonlinear static analysis. At first, a three-dimensional (3D) numerical model was validated using three sets of laboratory SPSWs and the difference in results between numerical models and experimental specimens was less than 5% in all cases. The results of numerical models revealed that the full SPSW undergoes shear buckling at a drift ratio of 0.2% and its hysteresis behavior has a pinching in the middle part of load-drift ratio curve. Whereas, in the two categories of proposed SPSWs, the hysteresis behavior is complete and stable, and in most cases no capacity degradation of up to 6% drift ratio has been observed. Also, in most numerical models, the tangential stiffness remains almost constant in each cycle. Finally, for the innovative SPSW, a relationship was suggested to determine the shear capacity of the proposed steel wall relative to the wall slenderness coefficient.
Punching shear is a brittle failure that occurs within the RC flat slabs where stresses are concentrated within small regions, resulting in a catastrophic and unfavorable progressive collapse. However, increasing the slab slenderness ratio is believed to significantly affect the slab's behavior by the induced strain values throughout the slab depth. This study examines the punching shear behavior of flat slabs by the nonlinear finite element analysis approach using ABAQUS software, where 72 models were investigated. The parametric study includes the effect of opening existence, opening-to-column ratio (O/C), temperature level, slenderness ratio (L/d), and flexural reinforcement rebar diameter. The behavior of the punching shear failure was fully examined under elevated temperatures which was not previously considered in detail along with the combined effect of the other sensitive parameters (opening size, slab slenderness, and reinforcement rebar size). It has been realized that increasing the slab slenderness has a major role in affecting the slab's structural behavior, besides the effect of the flexural reinforcement ratio. Reducing the slab's slenderness from 18.27 to 5.37 increased the cracking load by seven times for the slab without openings compared to nine times for the initial stiffness value. In addition, the toughness capacity is reduced up to 80% upon creating an opening, where the percentage is further increased by increasing the opening size by about an additional 10%. Finally, the ultimate deflection capacity of flat slabs with an opening is increased compared to the solid slab with the enhancement being increased for openings of larger size, larger depths, and higher exposure temperature.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.1
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pp.35-44
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2020
In the construction industry, there is a growing demand for the accurate calculation of the quantity take-off and construction budget at the design stage, and it is likewise important to grasp changes in the construction budget and quantity take-off if design alterations are made. In addition, lawsuits related to the quantity take-off and cost of construction are frequent; therefore, the calculation of these factors using building information modeling (BIM) has emerged as an alternative. However, existing 2D-based methods are still used more frequently than BIM-based methods for quantity take-offs and construction budgets. This is because of the lack of BIM experience of estimation workers and the absence of a national standard. However, from a designer's point of view, it is necessary to understand the quantity take-off and construction cost based on BIM and accurately create the design according to the budget. In this study, the quantity take-offs of concrete, rebar, and reinforced concrete structures (apartments) in Seoul and Yeongjong were compared with the quantity take-offs based on 2D and BIM methods. From the viewpoint of the designer, we aim to increase the accuracy of BIM-based quantity take-offs.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.4
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pp.220-227
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2021
PCT (Power Cable Tunnel) and UT (Utility Tunnel), which are non-transport underground infrastructures, are mostly RC (Reinforced Concrete) structures, and their durability decreases due to the deterioration caused by carbonation over time. In particular, since the rate of carbonation varies by use and region, a predictive model based on actual carbonation data is required for individual maintenance. In this study, a carbonation prediction model was developed for non-transport underground infrastructures, such as PCT and UT. A carbonation prediction model was developed using multiple regression analysis and deep neural network techniques based on the actual data obtained from a safety inspection. The structures, region, measurement location, construction method, measurement member, and concrete strength were selected as independent variables to determine the dependent variable carbonation rate coefficient in multiple regression analysis. The adjusted coefficient of determination (Ra2) of the multiple regression model was found to be 0.67. The coefficient of determination (R2) of the model for predicting the carbonation of non-transport underground infrastructures using a deep neural network was 0.82, which was superior to the comparative prediction model. These results are expected to help determine the optimal timing for repair on carbonation and preventive maintenance methodology for PCT and UT.
Cho, Chul-Min;Choi, Ji-Hun;Rhee, Seung-Hoon;Kim, Tae-Kyun;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.29
no.2
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pp.131-139
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2017
Recently, earthquakes have frequently occurred near Korean peninsula. An experimental study is needed for developing a reinforcing method for seismic strengthening to apply to RC structures. Recently, PolyUrea (PU) as structural reinforcement materials has been receiving great interest from construction industry. The reinforcing effect of PU appeared to be excellent under blast and impact as well as earthquakes. In this study, Flexible Type PolyUrea (FTPU) developed in preceding studies was modified to develop Stiff Type PolyUrea (STPU) by varying the ratio of the components of prepolymer and hardener of FTPU. The material performance evaluation has been performed through hardening time, tensile strength and percent elongation test, pull-off test, and shore hardness test. The experimental results showed that STPU has higher tensile strength and lower elongation than FTPU. Therefore, STPU coating agent can be used for semi-permanent products. By using STPU with Fiber-Reinforced Polymer (FRP) on concrete columns, confinement effect can be enhanced to maximize seismic strength and ductility.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.1A
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pp.53-59
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2010
Recently, NDTs (Non-Destructive Techniques) using infrared camera are widely studied for detection of damage and void in RC (reinforced concrete) structures and they are also considered as an effective techniques for maintenance of infrastructures. The temperature on concrete surface depends on material and thermal properties such as specific heat, thermal conductivity, and thermal diffusion coefficient. Different porosity on cement mortar due to different mixture proportions can show different heat behavior in cooling stage. The porosity can affect physical and durability properties like strength and chloride diffusion coefficient as well. In this paper, active thermography which uses flash for heat induction is utilized and thermal characteristics on surface are evaluated. Samples of cement mortar with W/C (water to cement ratio) of 0.55 and 0.65 are prepared and physical properties like porosity, compressive strength, and chloride diffusion coefficient are evaluated. Then infrared thermography technique is carried out in a constant room condition (temperature $20{\sim}22^{\circ}C$ and relative humidity 55-60%). The mortar samples with higher porosity shows higher residual temperature at the cooling stage and also shows reduced critical time which shows constant temperature due to back wall effect. Furthermore, simple equation for critical time of back wall effect is suggested with porosity and experimental constants. These characteristics indicate the applicability of infrared thermography as an NDT for quality assessment of cement based composite like concrete. Physical properties and thermal behavior in cement mortar with different porosity are analyzed in discussed in this paper.
Kim, Dong Baek;Kim, In Bae;Kim, Jong Hoon;Lee, Jae Won
Journal of the Society of Disaster Information
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v.15
no.2
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pp.292-300
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2019
Purpose: To reduce the noise and vibration of reinforced concrete slab structures, the damping performance is to be performed experimentally after installing hollow core or filling it with liquid. Method: Using the hollow rate as an experimental variable, the damping ratio and stiffness of each test specimen at impact load are obtained to determine the difference between the damping ratio and stiffness of the numerical analysis. In addition, the damping effects are reviewed by comparing the difference in the damping ratio and stiffness of a test specimen filled with liquid 50% of the study. Results: Since the difference in resistance between a specimen with or without hollow core is 5%, it is judged that there is no structural problem, and the injection of liquid into the hollow core can increase the damping ratio, which can reduce noise or vibration. Conclusion: At less than 20% of hollow rate, there was little damping effect, and at 30%, damping effect was found. However, if liquid is injected into the hollow core of the specimen, damping rate is shown to increase, and the injection of liquid into the hollow part is believed to reduce noise or vibration.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.1
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pp.36-42
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2018
GGBFS(Ground Granulated Blast Furnace Slag)-replacement is very effective for improving resistance to chloride attack and this can induce a long service life for RC(Reinforced Concrete) structures exposed to chlorides. In the work, the design parameters such as cover depth, surface chloride content, critical chloride content, and replacement ratio of GGBFS are considered, and optimum replacement ratio of GGBFS are derived with intended service life. The changes of surface chloride content and cover depth show 3.16~3.38 and 3.02~3.34 times of service life variation, which are most influencing parameters. Critical chloride content shows 1.53~1.57 times of service life variation regardless of w/b(Water to Binder) ratios. In the case of surface chloride content $18.0kg/m^3$, the most severe condition, cover depth over 70 mm and GGBFS replacement ratio over 42% are required with concrete containing w/b ratio under 0.42 for 100 years of intended service life. The condition of $13.0kg/m^3$, GGBFS replacement over 35% is required. For reasonable durability design, quantitative exterior condition and critical chloride content should be determined, and the criteria in Domestic Specification is evaluated to be conservative.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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