This study presents an experimental and numerically study about the effects of fiber reinforcement ratio on the behavior of concrete-filled steel tubes (CFST) under dynamic impact loading. In literature have examined the behavior of GFRP and FRP wrapped strengthened CFST elements impact loads. However, since the direction of potential impact force isn't too exact, there is always the probability of not being matched the impact force of the area where the reinforced. Therefore, instead of the fiber textile wrapping method which strengthens only a particular area of CFST element, we used fiber-added concrete-filled elements which allow strengthening the whole element. Thus, the effect of fiber-addition in concrete on the behavior of CFST elements under impact loads was examined. To do so, six simply supported CFST beams were constructed with none fiber, 2% fiber and 10% fiber reinforcement ratio on the concrete part of the CFST beam. CFST beams were examined under two different impact loads (75 kg and 225 kg). The impactors hit the beam from a 2000 mm free fall during the experimental study. Numerical models of the specimens were created using ABAQUS finite element software and validated with experimental data. The obtained results such as; mid-span displacement, acceleration, failure modes and energies from experimental and numerical studies were compared and discussed. Furthermore, the Von Misses stress distribution of the CFST beams with different ratio of fiber reinforcements were investigated numerically. To sum up, there is an optimum amount limit of the fiber reinforcement on CFST beams. Up to this limit, the fiber reinforcement increases the structural performances of the beam, beyond that limit the fiber reinforcement decreases the performances of the CFST beam under transverse impact loadings.
Kim, Kwangjoon;Kim, Hyunguk;Kim, Sung-Ryul;Lee, Jinsun
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.38
no.5
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pp.19-33
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2022
Newmark's sliding block analysis is the most commonly used method for predicting earthquake-induced permanent displacement of embankment slopes. Additionally, it yields the amount of slip circle sliding using the limit equilibrium theory. Thus, permanent displacement does not occur until the seismic load exceeds the yield acceleration, which induces sliding of the slip circle. The evolution of Newmark's sliding block analysis has been made by introducing the numerical seismic response analysis results since it was introduced. This study compares seismic performance evaluation results for the example enclosure dam section with the analysis methods. As a result, earthquake-induced permanent displacement using Newmark's sliding block analysis did not occur for the enclosure dam, indicating a high safety factor. However, nonlinear response history analysis gave reasonable results.
When the vertical load-bearing members in high-rise structures fail locally, the beam-column joints play an important role in the redistribution of the internal forces. In this paper, a static laboratory test of three full-scale flush flange beam-reinforced connections with side and cover plates (CP-FBSP connection) with double half-span steel beams and single L-shaped columns composed of concrete-filled steel tubes (L-CFST columns) was conducted. The influence of the side plate width and cover plate thickness on the progressive collapse resistance of the substructure was thoroughly analyzed. The failure mode, vertical force-displacement curves, strain variation, reaction force of the pin support and development of internal force in the section with the assumed plastic hinge were discussed. Then, through the verified finite element model, the corresponding analyses of the thickness and length of the side plates, the connecting length between the steel beam flange and cover plate, and the vertical-force eccentricity were carried out. The results show that the failure of all the specimens occurred through the cracking of the beam flange or the cover plate, and the beam chord rotations measured by the test were all greater than 0.085 rad. Increasing the length, thickness and width of the side plates slightly reduced the progressive collapse resistance of the substructures. The vertical-force eccentricity along the beam length reduced the progressive collapse resistance of the substructure. An increase in the connecting length between the beam flange and cover plate can significantly improve the progressive collapse resistance of substructures.
This study build finite element analysis (FEA) models describing the bending events of coiled tubing (CT) at the wellhead and trips into the hole, accurately provide the state of stress and strain while the CT is in service. The bending moment and axial force history curves are used as loads and boundary conditions in the diametrical growth models to ensure consistency with the actual working conditions in field operations. The simulation diametrical growth results in this study are more accurate and reasonable. Analysis the factors influencing fatigue and diametrical growth shows that the internal pressure has a first-order influence on fatigue, followed by the radius of the guide arch, reel and the CT diameter. As the number of trip cycles increase, fatigue damage, residual stress and strain cumulatively increase, until CT failure occurs. Significant residual stresses remain in the CT cross-section, and the CT exhibits a residual curvature, the initial residual bending configuration of CT under wellbore constraints, after running into the hole, is sinusoidal. The residual stresses and residual bending configuration significantly decrease the buckling load, making the buckling and buckling release of CT in the downhole an elastic-plastic process, exacerbating the helical lockup. The conclusions drawn in this study will improve CT models and contribute to the operational and economic success of CT services.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.8
no.5
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pp.547-552
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2022
In this study, shape-based track management by analyzing track irregularity was studied in terms of force-based track irregularity analysis by numerical analysis of wheel-rail interaction force using by the measured vertical irregularity. The effect of the vertical irregularity of the track due to the difference in track types on the wheel-rail interaction force and the track acceleration in the connecting section of the sleeper floating track and the direct fixation track on concrete bed were analyzed. As the results of this study, the measured vertical irregularity was directly affect the vertical wheel load (the wheel-rail interaction force) and the rail acceleration, and it has been demonstrated to change consistently. In this study, the adequacy and necessity of the force-based track irregularity analysis method was verified based on the wheel-rail interaction analysis using the the measured vertical irregularity.
Leonardo M. Massone;Diego Aceituno;Julian Carrillo
Advances in Computational Design
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v.8
no.1
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pp.13-36
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2023
The Puebla-Morelos Earthquake (Mw 7.1) occurred in Mexico in 2017 causing 44 buildings to collapse in Mexico City. This work evaluates the non-linear response of a 6-story reinforced concrete (RC) frame prototype model with masonry infill walls on upper floors. The prototype model was designed using provisions prescribed before 1985 and was subjected to seismic excitations recorded during the earthquakes of 1985 and 2017 in different places in Mexico City. The building response was assessed through a damage index (DI) that considers low-cycle fatigue of the steel reinforcement in columns of the first floor, where the steel was modeled including buckling as was observed in cases after the 2017 earthquake. Isocurves were generated with 72 seismic records in Mexico City representing the level of iso-demand on the structure. These isocurves were compared with the location of 16 collapsed (first-floor column failure) building cases consistent with the prototype model. The isocurves for a value greater than 1 demarcate the location where fatigue failure was expected, which is consistent with the location of 2 of the 16 cases studied. However, a slight increase in axial load (5%) or decrease in column cross-section (5%) had a significant detrimental effect on the cumulated damage, increasing the intensity of the isocurves and achieving congruence with 9 of the 16 cases, and having the other 7 cases less than 2 km away. Including column special detailing (tight stirrup spacing and confined concrete) was the variable with the greatest impact to control the cumulated damage, which was consistent with the absence of severe damage in buildings built in the 70s and 80s.
In this study, an applicability by using the FEM was investigated for the prediction of both the depth of improvement and the vibration effect when dynamic compaction method is applied. The region was modelled by the field conditions applying dynamic compaction method and the rigid body force was applied to the dynamic load model. Predicted depth of improvement calculated by the vertical peak particle acceleration was compared and analyzed with an existing empirical equation, and the effect of groundwave by deducing the peak particle velocity from vibration sources was compared and analyzed with the results of another existing empirical equation. The results showed that the prediction of the depth of improvement has similar tendency to practice, and the vibration effect has some differences in a particular section from existing equation, but it could predict the safety distance to some degree. The analyzed results are expected to be basic data for the development of reliability of dynamic compaction design with existing empirical method.
In this paper, we present the results of experimental and analytical investigations on the structural behavior of GFRP pipes used in the water supply pipeline system. Cross-section of the pipe is consisted with two GFRP tubes and polymer mortar between the tubes. Due to the advantages such as light-weight, corrosion resistance, smooth surface, flexibility, etc., use of GFRP pipe in the water supply pipeline system is ever increasing trend. Therefore, more optimized structural design methodology should be developed. In the investigation, we conducted theoretical and analytical studies on the load versus radial deformation characteristics of GFRP pipes. In addition, ring stiffness test is also performed. Test results are compared with theoretical and analytical results and it was found that the results are agreed well within 5% of radial deformation. Finally, it was also found that the GFRP pipes used in the water supply pipeline system are strong enough to satisfy the industrial requirements.
To study the mechanical properties of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube columns under eccentric compression loads, this study presents a finite element model which can simulate the eccentrically compressed columns using ABAQUS software. The analytical model was established by selecting the reasonable nonlinear analysis theory and the constitutive relationship of materials in the columns. The influences of design parameters on the eccentric compressive performance of columns were also considered in detail, such as the diameter-thickness ratio of circular steel tube, replacement percentage of recycled coarse aggregate (RCA), slenderness ratio, eccentricity, recycled aggregate concrete (RAC) strength and steel strength and so on. The deformation diagram, stress nephogram and load-displacement curves of the eccentrically compressed columns were obtained and compared with the test results of specimens. The results show that although there is a certain error between the calculation results and the test results, the error is small, which shows the rationality on the numerical model of eccentrically compressed columns. The failure of the columns is mainly due to the symmetrical bending of the columns towards the middle compression zone, which is a typical compression bending failure. The eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns increase with the increase of the strength of steel tube and profile steel respectively. Compared with profile steel, the strength of steel tube has a greater influence on the eccentric compressive performance of columns. Improving the strength of RAC is beneficial to the eccentric bearing capacity of columns. In addition, the eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns decrease with the increase of replacement percentage of RCA. The section form of profile steel has little influence on the eccentric compression performance of columns. On this basis, the calculation formulas on the nominal eccentric bearing capacity of columns were also put forward and the results calculated by the proposed formulas are in good agreement with the test values.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.5
no.2
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pp.207-214
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2015
Stress concentrations around discontinuities, such as a hole or a sudden change in cross section of a structural member, have great important cause in the most materials failure because the stress near the points of application of concentrated loads can reach values much larger than the average value of the stress in the member. This paper presents the stress concentrations between fillet and hole at different locations in a stepped plate under tensile loading. The analysis for interaction effect of stress concentration was performed by photoelasticity and ANSYS which is a commercial finite element software. From the analysis results, the circular hole located at the different position from the fillet radius can cause different values of stress concentration factor within interacting region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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