Shrinkage strains of concrete slab in multi-story building are restrained by structural members such as columns or walls, then can induce cracks due to excessive shrinkage stress over tensile strength of member. In this study, a shrinkage stress analysis method of concrete slab in multi-story building considering not only material properties such as shrinkage, creep and reinforcement effect but also construction sequence is proposed. Tensile stresses of slab due to shrinkage are calculated by converting shrinkage strains into equivalent temperature gradients, creep that can release shrinkage stress can be considered by replacing the modulus of elasticity of concrete, Ec , to the effective secant modulus of elasticity of concrete, E$\_$eff/ Reinforcements are also considered by modeling them as equivalent beam elements in FEM program. Results of step by step analysis reflecting construction sequence summed up to calculate stresses of the whole building considering that shrinkage stresses of the building come from the difference of shrinkage between i-th floor and (i-1)-th floor, named as effecitive shrinkage, and it can be varied by construction sequence. The results of 10-story example building show that shrinkage stresses of lower floors are greater than those of upper floors, that is, stresses of lower floors(1∼2FI.) exceed modulus of rupture of concrete, but stress ratios of higher floors are in the range of 27.9∼92.8%.
The static and fatigue characteristics of polyurethane foam cored sandwich structures are investigated. Three types of the specimens with the glass fabric faces and the polyurethane foam core are used; non-stitched. stitched, and stiffened sandwich specimen. Especially additional structural reinforcements with the twisted polyester and glass fiber for thickness direction are made to stitched sandwich structure panel to minimize the delamination of structure which is stitched the upper and lower faces through the core and the resin is impregnated Into stitched fiber with the characteristics of low viscosity of resin at resin flow temperature and cured together with during the curing process. Bending strength of stitched specimen which is 50 mm $50{\times}50{\;}mm$ pitched is improved by 50 % as com-pared with non-stitched specimen and stiffened specimen is improved 10 times more than non-stitched structure. After fatigue testing of $10^6$cycles by 20% of ultimate load under monotonic load, the bending fatigue strength of non-stitched specimen is decreased by 27% of monotonic bending strength, 39% for stitched structure and 20% for stiffened specimen. To verify the aging effect of polyurethane form core, Ultrasonic C-scanning equipment is used to detect the damage of skin laminate alone after fatigue test. From results of UT C-scan images, there is no defect that can be damaged occurred during fatigue test. It is concluded that the decrease of bending strength for foam cored sandwich specimen is caused by the decrease of stiffness due to the aging of polyurethane foam core during fatigue cycles.
Seonwoo, Yoon Ho;Park, Sung Kyun;Kwahk, Im Jong;Yoon, Young Soo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3A
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pp.207-214
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2011
Ultra High Performance Concrete (UHPC), which is characterized by its high strength and advanced ductile behavior that is much superior to those of convention concrete, is a useful material to make thinner and longer bridges. The precast segmental construction method utilizing UHPC has been mainly studied because cast-in-place UHPC is very difficult and complicate to be achieved. As a part of those research, the structural performance evaluation of different types of joint connection method for hybrid cable-stayed bridge utilizing UHPC by using nonlinear analyses is performed in this study. The bond stress at joint is obtained by section force analyses for a 600 m cable-stayed bridge deck, and compared with the required bond stress at joint. Analysis results show that the U Type connection and straight type connection resist the highest ultimate load and bond strength, respectively. In addition, all considered joint connection systems satisfy the bond performances at joint required in the final stage of cable-stayed bridge utilizing UHPC.
Laskar, Arghadeep;Zhong, Jianxia;Mo, Y.L.;Hsu, Thomas T.C.
Interaction and multiscale mechanics
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v.2
no.1
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pp.69-89
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2009
Reinforced and prestressed concrete (RC and PC) thin walls are crucial to the safety and serviceability of structures subjected to shear. The shear strengths of elements in walls depend strongly on the softening of concrete struts in the principal compression direction due to the principal tension in the perpendicular direction. The past three decades have seen a rapid development of knowledge in shear of reinforced concrete structures. Various rational models have been proposed that are based on the smeared-crack concept and can satisfy Navier's three principles of mechanics of materials (i.e., stress equilibrium, strain compatibility and constitutive laws). The Cyclic Softened Membrane Model (CSMM) is one such rational model developed at the University of Houston, which is being efficiently used to predict the behavior of RC/PC structures critical in shear. CSMM for RC has already been implemented into finite element framework of OpenSees (Fenves 2005) to come up with a finite element program called Simulation of Reinforced Concrete Structures (SRCS) (Zhong 2005, Mo et al. 2008). CSMM for PC is being currently implemented into SRCS to make the program applicable to reinforced as well as prestressed concrete. The generalized program is called Simulation of Concrete Structures (SCS). In this paper, the CSMM for RC/PC in material scale is first introduced. Basically, the constitutive relationships of the materials, including uniaxial constitutive relationship of concrete, uniaxial constitutive relationships of reinforcements embedded in concrete and constitutive relationship of concrete in shear, are determined by testing RC/PC full-scale panels in a Universal Panel Tester available at the University of Houston. The formulation in element scale is then derived, including equilibrium and compatibility equations, relationship between biaxial strains and uniaxial strains, material stiffness matrix and RC plane stress element. Finally the formulated results with RC/PC plane stress elements are implemented in structure scale into a finite element program based on the framework of OpenSees to predict the structural behavior of RC/PC thin-walled structures subjected to earthquake-type loading. The accuracy of the multiscale modeling technique is validated by comparing the simulated responses of RC shear walls subjected to reversed cyclic loading and shake table excitations with test data. The response of a post tensioned precast column under reversed cyclic loads has also been simulated to check the accuracy of SCS which is currently under development. This multiscale modeling technique greatly improves the simulation capability of RC thin-walled structures available to researchers and engineers.
In this paper, the standard fire resistance test under load and associated numerical study were carried out to evaluate the fire resistance of unprotected partially encased beams and slimfloor beams. The temperature evolution and the deflection increase of the composite beam specimens were investigated and the effects of the key behavioral parameters including the load ratio, the reinforcement, and the fire exposure were analyzed. The test results showed that the temperature rise of the partially encased beams and slimfloor beams is considerably slow compared to the conventional H-shape composite beams. Up to at least 90 minutes, the reinforcements in the partially encased composite beams maintained below the temperature at which the cold steel strength is sustained. Unprotected partially encased beams and slimfloor beams in the experimental program achieved the fire resistance more than 2 hours according to the limiting deflection criteria. This implies that unprotected partially encased beams and slimfloor beams can be very promising alternatives to enhancing the fire resistance of steel beams. This study also conducted the fully coupled thermal-stress analysis by using the commercial code ABAQUS to the thermal and structural behaviour of composite beams in fire. The numerical predictions provide acceptable correlations with the experimental results.
Although concrete is considered as fire proof materials, high strength concrete shows severe material and structural damages when exposed to fire. To understand such damages in high strength concrete structures, the effects of various design parameters and fire condition on the thermal behaviors of high strength concrete structures are investigated in this study. In order to achieve this goal, fire tests are performed on high strength concrete columns with different fire conditions and design parameters including cross sectional area, cover thickness, and reinforcement alignment. To investigate thermal behaviors, temperature distributions and amount of spalling are measured. In overall, the columns show rapidly increasing inner temperatures between 30~60 mins of the fire tests due to spalling. In detail, the higher temperature distributions are observed from the columns with the larger cross section and less cover thickness. Moreover, among the columns with same reinforcing ratio, larger number of reinforcements with the smaller diameter causes the higher temperature distribution. The findings from the experimental study allow not only understanding of thermal behaviors of high strength concrete columns under fire, but also guidance in revising fire safety design.
Unreinforced masonry buildings represent a significant portion of the existing and historical buildings around the world. Recent earthquakes have shown the need for seismic retrofitting for these types of buildings. Various types of retrofitting materials (i.e., shotcrete, ECC and Fiber Reinforced Polymer sheets (FRPs)) for unreinforced masonry buildings (URM) have been developed. Engineers prefer to use FRPs, because these materials enhance the shear strength of the wall without expansion of wall sectional area and adding weight to the total structure. However, the complexity of the mechanical behavior of the masonry wall and the lack of experimental data from walls retrofitted by FRPs may cause problems for engineers to determine an appropriate retrofitting level. This paper investigate in-plane behavior of URM and retrofitted masonry walls using two different types of FRP materials to determine and provide information for the retrofitting effect of FRPs on masonry shear walls. Specimens were designed to idealize the wall of a low-rise apartment which was built in 1970s in Korea with no seismic reinforcements with an aspect ratio of 1. Retrofitting materials were carbon FRP and Hybrid sheets which have different elastic modulus and ultimate strain capacities. Consequently, this study evaluated the structural capacity of masonry shear walls and the retrofitting effect of an FRP sheet for in-plane behavior. Also, the results were compared to the results obtained from the evaluation method for a reinforced concrete beam retrofitted with FRPs.
In structural design provision, maximum punching shear stress of slabs is prescribed as combined stress in direct shear occurred by gravity load and eccentric shear occurred by unbalanced moment. This means that the effect of unbalanced moment is considered to decide the punching shear stress. However, from the resistance capacity standpoint, the effect of unbalanced moment strength is not considered for deciding punching shear strength. In this paper, a model considering interrelation between unbalanced moment and punching shear was proposed. In the model, the relation between load effect and resistance capacity in unbalanced moment and punching shear was two-dimensionally expressed. Using the interrelation model, a method how unbalanced moment strength should be considered to decide the punching shear strength was proposed. Additionally, effective width enlargement factors for deciding the unbalanced moment strength of flat plates with shear reinforcements were proposed. The interrelation model proposed in this paper is very effective for the prediction of the behavior of slab-column connection because not only punching shear and unbalanced moment strengths but also failure modes of flat plates can be accurately predicted.
This research is intended to study the induction net of chrysanthemum used in its greenhouse and requiring lots of time for manual work and review the structural safety of a bed and existing greenhouses after designing the bed of a net which increases cropping period by sharply reducing the time of work and provides the bed of induction nets for cultivating chrysanthemum with its existing and new greenhouse. The review of sectional and biodynamic properties in 15 kinds of materials has revealed that the pipes of ${\phi}38.1{\times}1.7t$and ${\phi}38.1{\times}2.0t$ didn't exceed stress ratio but did 10mm drooping allowance. For this reason, the pipe of ${\phi}48.1{\times}1.5t$ net both stress ratio and drooping allowance. For the safety, the middle chamber should be designed into Truss type owing to bed load, wind load, and snow load when the bed of an induction net is installed in the middle chamber. When installing the middle chamber with a truss type, the greenhouse of chrysanthemum in Geochang area needs proper reinforcements because the stress in colullllls and wind proof walls exceeds stress allowance regardless of the installation of a bed.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.9
no.3
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pp.633-640
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2023
In this study, numerical analysis was performed based on field investigation to derive an appropriate reinforcement method by analyzing the displacement behavior characteristics of concrete blocks generated in the direct fixation track on the bridges of the serviced light rail transit. The track of this study was a direct fixation track on a sharp curved track, and the problem of movement of the concrete blocks installed on the bridge deck in the longitudinal and lateral directions occurred. In this study, based on the finite element model using 3D solid elements, the behavior of the direct fixation track that could be occurred under operating load conditions was analyzed. In addition, the reinforcement effect of various reinforcement methods was analyzed. As a result of analyzing the lateral displacement before and after reinforcement, it was analyzed that the maximum lateral displacement after reinforcement under the extreme lateral wheel loads significantly decreased to about 3% (about 0.1mm) compared to before reinforcement. In addition, as a result of examining the generated stress of the filling mortar, bridge decks, and reinforcing bar, it was analyzed that all of them secured a sufficient safety factor of 2.6 or higher, and the optimal conditions for the reinforcement method were derived. Therefore, it is judged that the number of anchoring reinforcements and symmetrical anchor placement reviewed in this study will be effective in controlling the occurrence of lateral displacement of concrete blocks and securing the structural integrity of bridges and concrete blocks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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