KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.517-528
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2008
This paper presents a hysteretic damage model for reinforced concrete (RC) joints that explicitly accounts for the bond-slip between the reinforcing bars and the surrounding concrete. A frame element whose displacement fields for the concrete and the reinforcing bars are different to permit slip is developed. From the fiber section concept, compatibility equations for concrete, rebar, and bond are defined. Modification of the hysteretic stress-strain curve of steel is conducted for partial unloading and reloading conditions. Local bond stress-slip relations for monotonic loads are updated at each slip reversal according to the damage factor. The numerical applications of the reinforcing bar embedded in the confined concrete block, the RC column anchored in the foundation, and the RC beam-column subassemblage validate the model accuracy and show how including the effects of bond-slip leads to a good assessment of the amount of energy dissipation during loading histories.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.611-620
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2006
The composite two plate-girder bridges are generally defined as a non-redundant load path structure because the bridge can collapse if one of the two girders is seriously damaged by a fatigue crack. In this paper, a numerical study on the evaluation of the after-fracture redundancy of the composite two-girder bridges was accomplished. The evaluation has been performed on the simple and three-span continuous bridges with I-section cross beams which serve as transverse bracing, and with or without the bottom lateral bracing system. The load carrying capacities of the intact and damaged bridges with or without lateral bracing were evaluated from material and geometric nonlinear analysis, respectively and the redundancy was evaluated for each case. It was acknowledged from the analytical results that both simple and continuous intact two-girder bridges have sufficient redundancy even without lateral bracing, but it takes an important role to improve the redundancy of damaged bridges.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.1A
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pp.61-69
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2010
Unbonded precast concrete piers have better seismic performances than conventional reinforced concrete piers. In this research, seismic performances of unbonded precast prestressed concrete piers are analyzed using OpenSEES. Main parameters of analysis are concrete strength, jacking force ratio, ratio of tendon, and size of precast segment. In results, as the ratio of tendon and jacking force ratio increase, the flexural strength increases at softening state and ultimate state. Concrete strength and size of precast segment are negligible. But initial jacking force ratio leads to early yielding of prestressing tendon. Since compressive strain in core concrete is much less than ultimate strain, it can be expected that the amount of transverse steel reinforcement is to be reduced in comparison with conventional reinforced concrete column.
In order to improve the seismic resilience of coupled wall structure, coupling beam with fuse has been developed to reduce the post-earthquake damage. However, the fuses often have a build-up I-shaped section and are relatively heavy to be replaced. Moreover, the fuse and the beam segments are usually connected by bolts and it is time-consuming to replace the damaged fuse. For reducing the repair time and cost, a novel quickly replaceable coupling beam with buckling-restrained energy dissipaters is developed. The fuse of the proposed coupling beam consists of two chord members and bar-typed energy dissipaters placed at the corners of the fuse. In this way, the weight of the energy dissipater can be greatly reduced. The energy dissipaters and the chords are connected with hinge and it is convenient to take down the damaged energy dissipater. The influence of ratio of the length of coupling beam to the length of fuse on the seismic performance of the structure is also studied. The seismic performance of the coupled wall system with the proposed coupling beam is compared with the system with reinforced concrete coupling beams. Results indicated that the weight and post-earthquake repair cost of the proposed fuse can be reduced compared with the typical I-shaped fuse. With the increase of the ratio of the beam length to the fuse length, the interstory drift of the structure is reduced while the residual fuse chord rotation is increased.
Recently, lightweight of automotive parts has been required to solve environmental problems caused by global warming. Accordingly, research and development are proceeded on manufacturing of parts using aluminum that can replace steel for lightweight of the automotive parts. In addition, high strength aluminum can be applied to body parts in order to meet both requirements of lightening and improving crash safety of vehicle. In this study, hot blow forming of roof side rail is employed to manufacturing of the automotive parts with high strength aluminum tube. In hot blow forming, longer forming times and excessive thinning can be occurred as compared with conventional manufacturing processes. So optimization of process conditions is required to prevent excessive thinning and to uniformize thickness distribution with fast forming time. Mechanical properties of high strength aluminum are obtained from tensile test at high temperature. These properties are used for finite element(FE) analysis to investigate the effect of strain rate on thinning and thickness distribution. Variation of thickness was firstly investigated from the result of FE analysis according to tube diameter, where the shapes at cross section of roof side rail are compared with allowable dimensional tolerance. Effective tube diameter is determined when fracture and wrinkle are not occurred during hot blow forming. Also FE analysis with various pressure-time profiles is performed to investigate the their effects on thinning and thickness distribution which is quantitatively verified with thinning factor. As a results, optimal process conditions can be determined for the manufacturing of roof side rail using high strength aluminum.
Influenced by the alternating effects of dynamic and static pressure during the mining process of close range coal seams, the surrounding rock support of cross mining roadway is difficult and the deformation mechanism is complex, which has become an important problem affecting the safe and efficient production of coal mines. The paper takes the inclined longwall mining of the 10304 working face of Zhongheng coal mine as the engineering background, analyzes the key strata fracture mechanism of the large inclined right-angle trapezoidal mining field, explores the stress distribution characteristics and transmission law of the surrounding rock of the roadway affected by the mining of the inclined coal seam, and proposes a segmented and hierarchical support method for the cross mining roadway affected by the mining of the close range coal seam group. The research results indicate that based on the derived expressions for shear and tensile fracture of key strata, the ultimate pushing distance and ultimate suspended area of a right angle trapezoidal mining area can be calculated and obtained. Within the cross mining section, along the horizontal direction of the coal wall of the working face, the peak shear stress is located near the middle of the boundary. The cracks on the floor of the cross mining roadway gradually develop in an elliptical funnel shape from the shallow to the deep. The dual coupling support system composed of active anchor rod support and passive U-shaped steel shed support proposed in this article achieves effective control of the stability of cross mining roadways, which achieves effective control of floor by coupling active support and preventive passive support to improve the strength of the surrounding rock itself. The research results are of great significance for guiding the layout, support control, and safe mining of cross mining roadways, and to some extent, can further enrich and improve the relevant theories of roof movement and control.
The collapse behavior observed in single-story beam-column assembly (SSBCA) do not accurately represent the actual overall stress characteristic of multi-story frame structure (MSFS) under column loss scenario owing to ignoring the interaction action among different stories, leading to a disconnection between the anti-collapse behaviors of "components" and "overall structures", that is, the anti-collapse performance of frame structures with two different structural scales has not yet formed a combined force. This paper conducts a numerical and theoretical study to explore the difference of the collapse behaviors of the SSBCA and MSFS, and further to reveal the internal force relationships and boundary constraints at beam ends of models SSBCA and MSFS. Based on the previous experimental tests, the corresponding refined numerical simulation models were established and verified, and comparative analysis on the resistant-collapse performance was carried out, based on the validated modeling methods with considering the actual boundary constraints, and the results illustrates that the collapse behaviors of the SSBCA and MSFS is not a simple multiple relationship. Through numerical simulation and theoretical analysis, the development laws of internal force in each story beam under different boundary constraints was clarified, and the coupling relationship between the bending moment at the most unfavorable section and axial force in the composite beam of different stories of multi story frames with weld cover-plated flange connections was obtained. In addition, considering the effect of the yield performance of adjacent columns on the anti-collapse bearing capacities of the SSBCA and MSFS during the large deformation stages, the calculation formula for the equivalent axial stiffness at the beam ends of each story were provided.
In this research paper, and for the first time, wave propagations in sigmoidal imperfect functionally graded material plates are investigated using a simplified quasi-three-dimensionally higher shear deformation theory (Quasi-3D HSDTs). By employing an indeterminate integral for the transverse displacement in the shear components, the number of unknowns and governing equations in the current theory is reduced, thereby simplifying its application. Consequently, the present theories exhibit five fewer unknown variables compared to other Quasi-3D theories documented in the literature, eliminating the need for any correction coefficients as seen in the first shear deformation theory. The material properties of the functionally graded plates smoothly vary across the cross-section according to a sigmoid power law. The plates are considered imperfect, indicating a pore distribution throughout their thickness. The distribution of porosities is categorized into two types: even or uneven, with linear (L)-Type, exponential (E)-Type, logarithmic (Log)-Type, and Sinus (S)-Type distributions. The current quasi-3D shear deformation theories are applied to formulate governing equations for determining wave frequencies, and phase velocities are derived using Hamilton's principle. Dispersion relations are assumed as an analytical solution, and they are applied to obtain wave frequencies and phase velocities. A comprehensive parametric study is conducted to elucidate the influences of wavenumber, volume fraction, thickness ratio, and types of porosity distributions on wave propagation and phase velocities of the S-FGM plate. The findings of this investigation hold potential utility for studying and designing techniques for ultrasonic inspection and structural health monitoring.
Stiffened steel plates are basic structural members on the deck and bottom structure in ship, offshore. It has a number of one sided stiffeners in either one or both directions, the latter structure was called grillage structure. At the ship structural desgn stage, one of the major consideration is evaluation for ultimate strength of the hull girder. In general, it is accepted that hull girder strength can be represented by the local strength of the longitudinal stiffened panel. In case of considering hogging condition in a stormy sea, stiffened panel was acting on the bottom structure under axial compressive load induced hull girder bending moment, also simultaneously arising local bending moment induced lateral pressure load. In this paper, results of the structural analysis have been compared with another detailed FEA program and prediction from design guideline and a series analysis was conducted consideration of changing parameters for instance, analysis range, cross-section of stiffener, web height and amplitude of lateral pressure load subjected to combined load (axial compression and lateral pressure load). It has been found that finite element modeling is capable of predicting the behaviour and ultimate load capacity of a simply supported stiffened plate subjected to combined load of axial compression and lateral pressure load It is expected that these results will be used to examine the effect of interaction between lateral pressure and axial loads for the ultimate load-carrying capacity based on the Ultimate Limit State design guideline.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.2
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pp.169-177
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2016
Sliding slab track system, which consists of low friction sliding layer between track slab and bridge deck, is recently devised to reduce track-bridge interaction effect of continuously welded rail(CWR) without applying special devices such as rail expansion joint(REJ). In this study, a series of track-bridge interaction analyses of a long-span bridge with sliding slab track and REJ are performed respectively and the results are compared. The bridge model includes PSC box girder bridge with 9 continuous spans, and steel-concrete composite girder bridge with 2 continuous spans. The total length of the bridge model is 1,205m, and the maximum spacing between the two fixed supports is 825m. Analyses results showed that the sliding slab track system is highly effective on interaction reduction since lower rail additional axial stress is resulted than REJ application. Additionally, horizontal reaction forces in fixed supports were also reduced compared to the results of REJ application. However, higher slab axial forces were developed in the sliding slab track due to the temperature load. Therefore, track slab section of the sliding slab track system should be carefully designed against slab axial forces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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