This article presents a comparative analysis of seismic behavior in steel-beam reinforced concrete column (RCS) frames versus steel and reinforced concrete frames. The study evaluates the seismic response and collapse behavior of RCS frames of varying heights through nonlinear modeling. RCS, steel, and reinforced concrete special moment frames are considered in three height categories: 5, 10, and 20 stories. Two-dimensional frames are extracted from the three-dimensional structures, and nonlinear static analyses are conducted in the OpenSEES software to evaluate seismic response in post-yield regions. Incremental dynamic analysis is then performed on models, and collapse conditions are compared using fragility curves. Research findings indicate that the seismic intensity index in steel frames is 1.35 times greater than in RCS frames and 1.14 times greater than in reinforced concrete frames. As the number of stories increases, RCS frames exhibit more favorable collapse behavior compared to reinforced concrete frames. RCS frames demonstrate stable behavior and maintain capacity at high displacement levels, with uniform drift curves and lower damage levels compared to steel and reinforced concrete frames. Steel frames show superior strength and ductility, particularly in taller structures. RCS frames outperform reinforced concrete frames, displaying improved collapse behavior and higher capacity. Incremental Dynamic Analysis results confirm satisfactory collapse capacity for RCS frames. Steel frames collapse at higher intensity levels but perform better overall. RCS frames have a higher collapse capacity than reinforced concrete frames. Fragility curves show a lower likelihood of collapse for steel structures, while RCS frames perform better with an increase in the number of stories.
Using industrial wastes and construction and demolition (C&D) wastes is potentially advantageous for concrete production in terms of sustainability improvement. In this paper, a sustainable Self-Compacting Concrete (SCC) made with industrial wastes and C&D wastes was proposed by considerably replacing natural counterparts with recycled coarse aggregates (RCAs) and supplementary cementitious materials (SCMs) (i.e., Fly ash (FA), ground granulated blast furnace slag (GGBS) and silica fume (SF)). A total of 12 SCC mixes with various RCAs and different combination SCMs were prepared, which comprise binary, ternary and quaternary mixes. The mechanical properties in terms of compressive strength and static elasticity modulus of recycled aggregates (RA-SCC) mixes were determined and analyzed. Microstructural study was implemented to analyze the reason of improvement on mechanical properties. By means of life cycle assessment (LCA) method, the environmental impacts of RA-SCC with various RCAs and SCMs were quantified, analyzed and compared in the system boundary of "cradle-to-gate". In addition, the comparison of LCA results with respect to mechanical properties was conducted. The results demonstrate that the addition of proposed combination SCMs leads to significant improvement in mechanical properties of quaternary RA-SCC mixes with FA, GGBS and SF. Furthermore, quaternary RA-SCC mixes emit lowest environmental burdens without compromising mechanical properties. Thus, using the combination of FA, GGBS and SF as cement substitution to manufacture RA-SCC significantly improves the sustainability of SCC by minimizing the depletion of cement and non-renewable natural resources.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.6
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pp.175-182
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2006
In the design of composite structures, shear connectors such as headed stud, channel, perforated plate, etc, are commonly used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. Many researches have been conducted to improve the characteristics of different types of shear connector. This paper presents the results of 11 push-out tests performed on the new perforated rib connectors with shearing bars embedded in concrete slab under static loads. The results obtained from these tests are as following : 1) The bearing plate welded on both sides of perforated rib plate improves the stiffness and strength. 2) The capacity of perforated connectors is influenced primarily by the transverse reinforcements and shearing bars.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.3
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pp.132-142
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2007
In this study, a structural performance of R/C columns controlled by shear, strengthened with Sprayed FRP, was investigated. For this purpose, six 2/3-scaled column specimens were designed and tested by the pseudo-static reversed cyclic load under a constant axial load, which is 10% of the nominal axial strength of the column. Four specimens were strengthened by Sprayed FRP with different combinations of short fibers (carbon or glass) and resins (epoxy or vinyl ester). For comparison purpose, tests of a specimen strengthened with carbon fiber sheet (CFS) and a control specimen without strengthening were carried out, respectively. The result reveals that shear strengths and ductility capacities of columns strengthened with Sprayed FRP improved remarkably, compared to those of the control column, and the Sprayed FRP technique developed in this study is able to use the strengthening scheme of existing R/C columns.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.5
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pp.74-80
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2008
This paper evaluates seismic capacities of slab-column joints in flat plate system which has columns with various aspect ratio as experimental parameters. Continuous - bended shear reinforcements were applied for the prevention of punching shear failure in this study. The specimens of FIS1-05, FIS1-10, and FIS1-20 have the aspect ratio of 0.5, 1.0, and 2.0 respectively. Static lateral force was applied to the specimens in a horizontal direction and vertical load was applied by constant gravity load ratio. The test results were evaluated by lateral displacement and strength of slab-column joint. Consequently, the lateral resisting capacity of rectangular type column such as FIS1-05, FIS1-20 is superior to the square type column such as FIS1-10.
Jianwei Zhang;Siyuan Wang;Man Zhang;Yuping Sun;Hongwei Wang
Steel and Composite Structures
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v.52
no.3
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pp.357-376
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2024
In this paper, weakly bonded ultra-high-strength steel bars (UHSS) were used as longitudinal reinforcement in recycled aggregate concrete shear walls to achieve resilient performance. The study evaluated the repairability and hysteresis performance of shear walls before and after retrofitting. Quasi-static tests were performed on recycled aggregate concrete (RAC) and steel fiber reinforced recycled aggregate concrete (FRAC) shear walls to investigate the reparability of resilient shear walls when loaded to 1% drift ratio. Results showed that shear walls exhibited drift-hardening properties. The maximum residual drift ratio and residual crack width at 1% drift ratio were 0.107% and 0.01mm, respectively, which were within the repairable limits. Subsequently, shear walls were retrofitted with bonded X-shaped CFRP strips and steel plates wrapped at the bottom and retested. Except for a slight reduction in initial stiffness, earthquake-damaged resilient shear walls retrofitted with a composite method still had satisfactory hysteresis performance. A revised damage assessment index D, has been proposed to assess of damage degree. Moreover, finite-element analysis for the shear wall before and after retrofit retrofitting was established in OpenSees and verified with experimental results. The finite element results and test results were in good agreement. Finally, parametric analysis was performed.
The concrete damage plasticity (CDP) model is widely used to simulate concrete behaviour using either implicit or explicit analysis methods. To effectively execute the models and resolve convergence issues in implicit analysis, activating the viscosity parameter of this material model is a common practice. Despite the frequent application of implicit analysis to analyse concrete structures with the CDP model, the viscosity parameter significantly varies among available models and lacks consistency. The adjustment of the viscosity parameter at the element/structural level disregards its indirect impact on the material. Therefore, the accuracy of the numerical model is confined to the validated range and might not hold true for other values, often explored in parametric studies subsequent to validations. To address these challenges and develop a unified numerical model for varied conditions, a quasi-static analysis using the explicit solver was conducted in this study. Fifteen thick flat plates tested under load control with different geometries and different eccentric loads were considered to verify the accuracy of the model. The study first investigated various concrete material behaviours under compression and tension as well as the concrete tensile strength to identify the most reliable models from previous methodologies. The study compared the results using both implicit and explicit analysis. It was found that, in implicit analysis, the viscosity parameter should be as low as 0.0001 to avoid affecting material properties. However, at the structural level, the optimum value may need adjustment between 0.00001 to 0.0001 with changing geometries and loading type. This observation raises concerns about further parametric study if the specific value of the viscosity parameter is used. Additionally, activating the viscosity parameter in load control simulations confirmed its inability to capture the peak load. Conversely, the unified explicit model accurately simulated the behaviour of the test specimens under varying geometries, load eccentricities, and column sizes. This study recommends restricting implicit solutions to the viscosity values proposed in this research. Alternatively, for highly nonlinear problems under load control simulation, explicit analysis stands as an effective approach, ensuring unified parameters across a wide range of applications without convergence problems.
The purpose of this study is to evaluate the effects of mechanical and thermal fatigue on the shear bond strength(SBS) in orthodontic brackets bonded to human premolars with chemically cured adhesive(Mono-$Lok^2$, Rocky Mountain Orthodontics). Two types of metal brackets (Ormesh, Microloc) and three types of ceramic brackets (Fascination, Starfire, Transcend 2000) were used in this study. The $10^6$ loadcycles of $|7.4{\times}10{^2}sin2{\pi}ft|g{\cdot}cm$ and the 1,000 thermocycles of 15 second dwell time each in $5^{\circ}C\;and\;55^{\circ}C$ baths were acturated as mechanical and thermal fatigue stress, and SBS were measured after each fatigue test. The fracture sites were examined by stereoscope and scanning electron microscope. The results obtained were summarized as follows, 1. In static shear bond test, Fascination brackets showed the maximum SBS($20.78\pm3.45$ MPa) and Microloc brackets showed the minimum SBS($14.88\pm3.10$ MPa). Fascination and Starfire brackets showed significantly greater SBS than Microloc brackets(P<0.05). 2. In mechanical fatigue test, Fascination brackets showed the maximum SBS ($20.19\pm3.45$ MPa) and Starfire brackets showed the minimum SBS($9.10\pm8.33$ MPa). The SBS or Transcend 2000 brackets(P<0.01) and Starfire brackets(P<0.05) significantly decreased after $10^6$ loadcycles. 3. In thermocycling test, Ormesh brackets showed the maximum SBS ($19.36\pm2.76$ MPa) and Starfire brackets showed the minimum SBS($11.94\pm6.86$ MPa). The SBS of Transcend 2000(P<0.01), Microloc and Starfire brackets(P<0.05) significantly decreased after $10^3$ thermocycles. 4. Failure sites of thermocycling groups were similar to those of static groups but after mechanical fatigue test, Ormesh and Transcend 2000 brackets failed at the bracket/resin interface and Microloc brackets failed within adhesive. Facination brackets failed at the enamel/resin interface irrespective of experimental condition.
Recently, there have been various lifeline installations constructed in the underground space of urban area due to the effective use of land. For newly installed lifelines or the management of the installed lifelines, many construction activities of excavation and backfilling are observed. Around these area, there are possibilities of collapse or excessive settlement due to the leaking of the pipe or unsatisfactory compaction of backfill material. Besides, construction costs can be saved since the on-site soils are used. The application of this liquidity filling material is not only to the lifeline installation but also to underpin the foundation under the vibrating machinery. On the evaluation of the applicability of this method to this circumstance, the strength should be investigated against the static load from the machine load as well as the vibration load from the activation of the machine. In this study, the applicability of the liquidity fill material on the foundation under the vibrating machinery is assessed via uniaxial compression and resonant column tests. The liquidity filling material consisting of the on-site soils with loess and kaolinite are tested to investigate the static and dynamic characteristics. Furthermore, the applicability of the reclaimed ash categorized as an industrial waste is evaluated for the recycle of the waste to the construction materials. The experimental results show that the shear modulus and 7 day uniaxial strength of the liquidity filling material mixed with reclaimed ash show higher than those with the on-site soils. However, the damping ratio does not show any tendency on the mixed materials.
The metallic shell of soil-steel structures are so weak in bending moment that it should sustain the applied load by the interaction of the backfill soil around the structures. The shell can be subjected to excessive bending moment during side backfilling or under live-load when the soil cover is less than the minimum value. The current design code specifies the allowable deformation and Duncan(1979) and McGrath et al.(2001) suggested the strength analysis methods to limit the moments by the plastic capacity of the shell. However, the allowable deformation is an empirically determined value and the strength analysis methods are based on the results of FE analysis, hence the experimental verification is necessary. In this study, the full-scale tests were conducted on the high-profile arch to investigate its behaviors during backfilling and under static live-loads. Based on the measurements, the allowable deformation of the tested structure could be estimated to be 1.45% of rise, which is smaller than the specified allowable deformation. The comparison between the measurements and the results of two strength analyses indicate that Duncan underestimates the earth-load moment and overestimates the live-load moment, while McGrath et al. predicts both values close to the actual values. However, as the predicted factors of safeties using two methods coincide with the actual factor of safety, it can be concluded that both methods can predict the structural stability under live-loads adequately when the cover is less than the minimum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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