A new type of pure torsional yielding damper made from steel pipe is proposed and introduced. The damper uses a special mechanism to apply force and therefore applies pure torsion in the damper. Uniform distribution of the shear stress caused by pure torsion resulting in widespread yielding along pipe and consequently dissipating a large amount of energy. The behavior of the damper is investigated analytically and the governing relations are derived. To examine the performance of the proposed damper, four types of the damper are experimentally tested. The results of the tests show the behavior of the system as stable and satisfactory. The behavior characteristics include initial stiffness, yielding load, yielding deformation, and dissipated energy in a cycle of hysteretic behavior. The tests results were compared with the numerical analysis and the derived analytical relations outputs. The comparison shows an acceptable and precise approximation by the analytical outputs for estimation of the proposed damper behavior. Therefore, the relations may be applied to design the braced frame system equipped by the pure torsional yielding damper. An analytical model based on analytical relationships was developed and verified. This model can be used to simulate cyclic behavior of the proposed damper in the dynamic analysis of the structures equipped with the proposed damper. A numerical study was conducted on the performance of an assumed frame with/without proposed damper. Dynamic analysis of the assumed frames for seven earthquake records demonstrate that, equipping moment-resisting frames with the proposed dampers decreases the maximum story drift of these frames with an average reduction of about 50%.
Lu Deng;Min Zhu;Michael C.H. Yam;Ke Ke;Zhongfa Zhou;Zhonghua Liu
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.5
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pp.589-605
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2023
This paper investigates the ductility demands of steel frames equipped with self-centring fuses under near-fault earthquake motions considering multiple yielding stages. The study is commenced by verifying a trilinear self-centring hysteretic model accounting for multiple yielding stages of steel frames equipped with self-centring fuses. Then, the seismic response of single-degree-of-freedom (SDOF) systems following the validated trilinear self-centring hysteretic law is examined by a parametric study using a near-fault earthquake ground motion database composed of 200 earthquake records as input excitations. Based on a statistical investigation of more than fifty-two (52) million inelastic spectral analyses, the effect of the post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio on the mean ductility demand of the system is examined in detail. The analysis results indicate that the increase of post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio reduces the ductility demands of the self-centring oscillators responding in multiple yielding stages. A set of empirical expressions for quantifying the ductility demands of trilinear self-centring hysteretic oscillators are developed using nonlinear regression analysis of the analysis result database. The proposed regression model may offer a practical tool for designers to estimate the ductility demand of a low-to-medium rise self-centring steel frame equipped with self-centring fuses progressing in the ultimate stage under near-fault earthquake motions in design and evaluation.
This study deals with the yielding behavior and strain aging properties of three bake hardening steels with dual-phase microstructure, fabricated by varying the annealing temperature. Bake hardening and aging tests are performed to examine the correlation of martensite volume fraction with yielding behavior and strain aging properties of the bake hardening steels with dual-phase microstructure. The volume fraction of martensite increases with increasing annealing temperature. Room-temperature tensile test results show that the yielding behavior changes from discontinuous-type to continuous-type with increasing volume fraction of martensite due to higher mobile dislocation density. According to the bake hardening and aging tests, the specimen with the highest fraction of martensite exhibited high bake hardening with low aging index because solute carbon atoms in ferrite and martensite effectively diffuse to dislocations during the bake hardening test, while in the aging test they diffuse at only ferrite due to lower aging temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.6
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pp.1568-1575
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1990
Fatigue crack growth behavior was investigated in the center cracked plate of KS SB41 steel and the relation between the crack growth rate and various mechanical parameters was studied at small scale yielding, large scale yielding and full scale yielding. The crack opening ratio U was about 0.6-0.8 and had the larger value in the case of load control than that of strain control. Effective stress intensity factor range, .DELTA.K$_{eff}$ and J integral range, .DELTA.J were obtained from the notion of crack opening, and the crack growth rate was expressed with these values. The value of J integral range increased rapidly at stress ratio, R=0 in full scale yielding of load control test. COD value also increased rapidly with the increase of ligament net stress at large scale yielding of load control test.t.
Yielding of the internal steel reinforcement is an important mechanism that influences the Intermediate Crack-induced debonding (IC debonding) behavior in FRP-strengthened RC members since the FRP is required to carry additional forces beyond the condition of steel yielding. However, rational design practice dictates an appropriate limit state is defined when steel yielding is assured prior to FRP debonding. This paper proposes a criterion which correlates the occurrence of IC debonding to the formulation of a critical steel yielding length. Once this length is exceeded the average bond stress in the FRP/concrete interface exceeds its threshold value, which proves to correlate with the average bond resistance in an FRP/concrete joint under simple shear loading. This proposed IC debonding concept is based on traditional sections analysis which is conventionally applied in design practice. Hence complex bond stress-slip analyses are avoided. Furthermore, the proposed model incorporates not only the bond properties of FRP/concrete interface but also the beam geometry, and properties of steel and FRP reinforcement in the analysis of IC debonding strength. Based upon a solid database, the validity of the proposed simple IC debonding criterion is demonstrated.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.1
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pp.127-134
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2018
This study suggests the tangent modulus $E_t$ associated with partially yielded section of steel member under axially compressed. The provisions for column strength does not provide a information about failure mode of structural system. So, designers can not evaluate that a failure comes from member buckling or material yielding. The material of the axially compressed column under inelastic behavior reaches yielding point before the axial force renders the column bent. If axial members yields not by buckling effect but gradually yielding effect of material, the design code should accept related tangent modulus Et which is based on gradual yielding effect of material. This study provides the new effective tangent modulus $E_t$ derived in the case that residual stress is 30 percent and 50 percent of yielding stress respectively. The study considers idealized I section of steel which ignores web and general I section of steel with web respectively and makes conclude that tangent modulus $E_t$ with idealized I section of steel is rational.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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1998.10a
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pp.210-232
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1998
Tong-il, the high-yielding rice variety bred on early 1970, effected a turning point in modern rice production in Korea. As rice production reached the highest record yield in 1978 with HYV, Korea achieved self-sufficiency in domestic supply of rice (or the first time in (her own) history, HYV required high input of fertilizers and pesticides for proving its yielding ability and needed new techniques such as early nursery-planting to prevent chilling damage. But, farm economy did not follow the successful achievement of rice production because of increased farming cost and inflation.'Tong-il variety has been replaced by new high-yielding Japonica varieties from 1980 when record-low-temperature during summer months had persisted. Also, the cooked rice of Tong-il variety did not agree with the appetite of Korean people. Though the hectarage of Tong-il rice did reduce, farmers applied the same high-input cultural techniques for new Japonica cultivars as did for Tong-il variety. Heavy application of nitrogen fertilizer contaminated surface and ground water with nitrate ions while phosphorous fertilizer was blamed for algae pollution. Frequent spray of pesticide and herbicide reduced significantly the biotic population in paddy ecosystems including insects and soil microorganisms. The new technologies of the 21st century must be directed to produce safe food, to save natural resources, and to preserve a clean environment for human welfare. We need low-input sustainable farming techniques to provide high-yielding crops and to preserve a healthy ecosystem.
Retrofitting in reinforced concrete structures has been one of the most important research topics in recent years. There are several methods for retrofitting RC moment-resisting frames. the most important of which is the use of steel bracing systems with yielding dampers. With a proper design of yielding dampers, the stiffness of RC frame systems can be increased to the required extent so that the ductility of the structure is not significantly reduced. In the present study, two experimental samples of a one-third scale RC moment-resisting frame were loaded in the laboratory. In these experiments, the retrofitting effect of RC frames was investigated using Non-uniform Slit Dampers (NSDs). Based on the experimental results of the samples, seismic parameters, i.e., stiffness, ductility, ultimate strength, strength reduction coefficient, and energy dissipation capacity, were compared. The results demonstrated that the retrofitted frame had very significant growth in terms of stiffness, ultimate strength, and energy dissipation capacity. Although the strength reduction factor and ductility decreased in the retrofitted sample. In general, the behavior of the frame with NSDs was evaluated better than the bare frame.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.469-472
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2000
a crack with electrically impermeable surfaces in an electrostrictive material subjected to uniform electric loading is analysed. A strip yield zone model is employed to investigate the effect of electric yielding on stress intensity factor. complete forms of electric fields and elastic fields for the crack are derived by using complex function theory. /the stress intensity factors are obtained based on the strip yield zone model.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.941-946
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2001
The objectives of this study are to investigate effective stiffness of Rectangular reinforced concrete bridge columns. It is reasonable to use yielding effective stiffness of columns in seismic bridge design, especially in case that plastic hinges form at the bridge columns. In this study, the material nonlinear analysis was conducted for 3, 240 column sections of which variables were the concrete compressive stress, the steel yielding stress, the longitudinal steel location parameter, the longitudinal steel ratio, the axial load level, and the diameter of section. Based on the analytical results, an effective stiffness including two variables(longitudinal steel ratio and axial load ratio) was proposed by regression analyses, and it is compared with test results and the proposed equation for yielding effective stiffness of circular bridge columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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