Fiber Reinforced Polymer (FRP) is widely used for retrofitting concrete structures for various purposes. Especially, for the retrofitting of concrete structures subjected to blast loads, FRP is proven to be a very effective retrofitting material. However, a systematic design procedure to implement FRP for concrete structure retrofitting against blast loads does not exist currently. In addition, in case of concrete structures with inarticulate geometrical boundary conditions such as arch structures, an effective analysis technique is needed to obtain reliable results based on minimal analytical assumptions. Therefore, in this study, a systematic and efficient blast analysis procedure for FRP retrofitting design of concrete arch structure is suggested. The procedure is composed of three sequential parts of preliminary analysis, breach and debris analysis, and retrofit-material analysis. Based on the suggested procedure, blast analyses are carried out by using explicit code, LS-DYNA. The study results are discussed in detail.
Kim, Ho-Jin;Nam, Jin-Won;Kim, Sung-Bae;Kim, Jang-Ho;Byun, Keun-Joo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.19
no.2
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pp.241-250
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2007
In case of retrofitting a concrete structure subjected to blast load by using retrofit materials such as FRP (fiber-reinforced polymer), appropriate ductility as well as raising stiffness must be obtained. But the previous approximate and simplified models, which have been generally used in the design and analysis of structures subjected to blast load, cannot accurately consider effects on retrofit materials. Problems on the accuracy and reliability of analysis results have also been pointed out. In addition, as the response of concrete and reinforcement on dynamic load is different from that on static load, it is not appropriate to use material properties defined in the previous static or quasi-static conditions to in calculating the response on the blast load. In this study, therefore, an accurate HFPB (high fidelity physics based) finite element analysis technique, which includes material models considering strength increase, and strain rate effect on blast load with very fast loading velocity, has been suggested using LS-DYNA, an explicit analysis program. Through the suggested analysis technique, the behavior on the blast load of retrofitted concrete walls using CFRP (carbon fiber-reinforced polymer) and GFRP (glass fiber-reinforced polymer) have been analyzed, and the retrofit capacity analysis has also been carried out by comparing with the analysis results of a wall without retrofit. As a result of the analysis, the retrofit capacity showing an approximate $26{\sim}28%$ reduction of maximum deflection, according to the retrofit, was confirmed, and it is judged ate suggested analysis technique can be effectively applicable in evaluating effectiveness of retrofit materials and techniques.
Steel plate shear walls (SPSWs) have been shown to be efficient lateral force-resisting systems, which are increasingly used in new and retrofit construction. These structural systems are designed with either stiffened and stocky or unstiffened and slender web plates based on disparate structural and economical considerations. Based on some limited reported studies, on the other hand, employment of low yield point (LYP) steel infill plates with extremely low yield strength, and high ductility as well as elongation properties is found to facilitate the design and improve the structural behavior and seismic performance of the SPSW systems. On this basis, this paper reports system-level investigations on the seismic response assessment of multi-story SPSW frames under the action of earthquake ground motions. The effectiveness of the strip model in representing the behaviors of SPSWs with different buckling and yielding properties is primarily verified. Subsequently, the structural and seismic performances of several code-designed and retrofitted SPSW frames with conventional and LYP steel infill plates are investigated through detailed modal and nonlinear time-history analyses. Evaluation of various seismic response parameters including drift, acceleration, base shear and moment, column axial load, and web-plate ductility demands, demonstrates the capabilities of SPSW systems in improving the seismic performance of structures and reveals various advantages of use of LYP steel material in seismic design and retrofit of SPSW systems, in particular, application of LYP steel infill plates of double thickness in seismic retrofit of conventional steel and code-designed SPSW frames.
High performance materials such as Fiber Reinforced Plastic (FRP) are often used for retrofitting structures against blast loads due to its ductility and strength. The effectiveness of retrofit materials needs to be precisely evaluated for the retrofitting design based on the dynamic material responses under blast loads. In this study, the blast resistance of Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) and Kevlar/Glass hybrid fabric (K/G) retrofitted reinforced concrete (RC) wall is analyzed by using the explicit analysis code LS-DYNA, which accommodates the high-strain rate dependent material models. Also, the retrofit effectiveness of FRP fabrics is evaluated by comparing the analysis results for non-retrofitted and retrofitted walls. The verification of the analysis is performed through comparisons with the previous experimental results.
Nasab, Mohammad Seddiq Eskandari;Chun, Seungho;Kim, Jinkoo
Steel and Composite Structures
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v.43
no.2
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pp.153-164
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2022
In this study, a series of cyclic loading tests were performed on viscoelastic dampers (VED) composed of viscoelastic polymer composite material and thin steel plates to observe the variation of the mechanical properties under different loading conditions. A mathematical model was developed based on the Kelvin-Voigt and Bouc-Wen models to formulate the nonlinear force-displacement relationship of the viscoelastic damper. The accuracy of the proposed mathematical model was verified using the data obtained from the tests. The mathematical model was applied to analyze a reinforced concrete framed structure retrofitted with viscoelastic dampers. Nonlinear dynamic analysis results showed that the average maximum inter-story drift ratios of the retrofitted structure met the target limit state after installing the VED. In addition, both the maximum and residual displacements were significantly reduced after the installation of the VED.
Park, Choon-Wook;Song, Geon-Su;Park, Ik-Hyun;Kim, Dong-Hwi
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.3
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pp.73-81
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2013
In paper after the strong earthquake of recently the Korea neighborhood, the Korean government survey show that the 86% of school buildings in Korea are in potential damage risk and only 14% of them are designed as earthquake-resistance buildings. Earthquake Reinforcing projects of school have been a leading by the ministry of education, however their reinforcing methods done by not proved a engineering by experiment which results in uneconomical and uneffective rehabilitation for the future earthquake. An experimental and analytical study have been conducted for the shear reinforcing method of column by axis and horizontal axis load using attaching composite beam. Based on the previous research, in this study, Design examples are given to show the performance evaluation for the column reinforcing of old school buildings using nonlinear analysis is going to be conducted and strengthening method is going to be on the market after their performance is proved by the test.
Park, Choon-Wook;Lee, Hung-Joo;Joo, Chi-Hong;Hong, Won-Hwa
Journal of the Korean Institute of Educational Facilities
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v.20
no.1
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pp.45-52
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2013
In paper after the strong earthquake of recently the Korea neighborhood, the Korean government survey show that the 86% of school buildings in Korea are in potential damage risk and only 14% of them are designed as earthquake-resistance buildings. Reinforcing projects of school have been conducting by the ministry of education, however their reinforcing methods done by not proved a engineering by experiment which results in uneconomical and uneffective rehabilitation for the future earthquake. An experimental and analytical study have been conducted for the shear and flexural reinforcing method of RC beam using composite beam. Based on the previous research, in this study, performance evaluation for the column reinforcing of old school buildings using nonlinear analysis is going to be conducted and strengthening method is going to be on the market after their performance is proved by the test.
This paper introduces emergy(spelled with "m") that is a new environmental indicator in architecture, aiming to clarify conflicting claims of building design components in the process of energy-retrofit. Much of design practitioners' attention on low energy use in operational phases, may simply shift the lowered environmental impact within the building boundary to large consumption of energy in another area. Specifically, building energy reduction strategies without a holistic view starting from natural formation, may lead to the depletion of non-renewable geobiological sources (e.g. minerals, fossil fuels, etc.), which leaves a building with an isolated energy-efficient object. Therefore, to overcome the narrow outlook, this research discusses the total ecological impact of a building which embraces all process energy as well as environmental cost represented by emergy. A case study has been conducted to explore emergy-driven design work. In comparison with operational energy-driven scenarios, the results elucidate how energy and emergy-oriented decision-making bring about different design results, and quantify building components' emergy contribution in the end. An average-size ($101.9m^2$) single family house located in South Korea was sampled as a benchmark case, and the analysis of energy and material use was conducted for establishment of the baseline. Adoption of the small building is effective for the goal of study since this research intends to measure environmental impact according to variation of passive design elements (windows size, building orientation, wall materials) with new metric (emergy) regardless of mechanical systems. Performance simulations of operational energy were developed and analyzed separately from the calculation of emergy magnitudes in building construction, and then the total emergy demand of each proposed design was evaluated. Emergy synthesis results verify that the least operational energy scenario requires greater investment in indirect energy in construction, which clearly reveals that efficiency gains are likely to be overwhelmed by increment of material flows. This result places importance on consideration of indirect energy use underscoring necessity of emergy evaluation towards the environment-friendly building in broader sense.
In this study, a mixed-interpolated tensorial component 4 nodes method (MITC4) is treated as a numerical analysis model for topology optimization using multiple materials assigned within Reissner-Mindlin plates. Multi-material optimal topology and shape are produced as alternative plate retrofit designs to provide reasonable material assignments based on stress distributions. Element density distribution contours of mixing multiple material densities are linked to Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) as a design model. Mathematical formulation of multi-material topology optimization problem solving minimum compliance is an alternating active-phase algorithm with the Gauss-Seidel version as an optimization model of optimality criteria. Numerical examples illustrate the reliability and accuracy of the present design method for multi-material topology optimization with Reissner-Mindlin plates using MITC4 elements and steel materials.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.63-68
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2000
Concrete is popular as a building material, however it is inherently brittle and performs poorly during earthquakes if nor reinforced properly. Traditional retrofit design techniques assume that buildings respond elastically to earthquakes. This assumption simplifies the analysis procedure but can lead to an erroneous conclusion. The complete nonlinear time history analysis is considered overly complex and impractical for general use. Simplified nonlinear analysis methods, referred to as nonlinear static analysis procedures, include the capacity spectrum method(CSM) developed in detail at ATC-40 and the displacement coefficient method(DCM) utilized at FEMA-273. In this study wall APT system. The results were compared and analyzed. The program used was neaMAX-3D to express nonlinear material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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