Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.5
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pp.26-34
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2016
The failure modes of steel column-base plate connection arranged on the basis of AISC Design Guide-#1 and -#10 are base plate tension and compression side flexural yielding, yielding, pull-out and shear failure of anchor rod, concrete crushing in concrete footing and steel column yielding. The bending moment capacity and failure mode in this connection are predicted using limit-state function and we compare these results and test result. In the case that thickness of base plate is relatively thick, bending moment capacity and failure mode in steel column-base plate connection accurately predicted. But in the case that thickness of base plate is relatively thin and axial force do not exist, prediction of failure mode in this connection is somewhat inaccurate.
It is widely recognized that the preferred yielding mechanism for a hybrid coupled wall structure is that all coupling beams over the height of the structure yield in shear prior to formation of plastic hinges in structural walls. The objective of the study is to provide feasible approaches that are able to promote the preferred seismic performance of hybrid coupled walls. A new design methodology is suggested for this purpose. The coupling ratio, which represents the contribution of coupling beams to the resistance of system overturning moment, is employed as a fundamental design parameter. A series of nonlinear time history analyses on various representative hybrid coupled walls are carried out to examine the adequacy of the design methodology. While the proposed design method is shown to be able to facilitate the desired yielding mechanism in hybrid coupled walls, it is also able to reduce the adverse effects caused by the current design guidelines on the structural design and performance. Furthermore, the analysis results reveal that the state-of-the-art coupled wall design guidelines could produce a coupled wall structure failing to adequately exhaust the energy dissipation capacity of coupling beams before walls yield.
The objective of this research is to develop a practical design and assessment approach of steel frames with steel slit walls (SSWs) that focuses on the damage-control behavior to enhance the structural resilience. The yielding sequence of SSWs and frame components is found to be a critical issue for the damage-control behavior and the design of systems. The design concept is validated by the full-scale experiments presented in this paper. Based on a modified energy-balance model, a procedure for designing and assessing the system motivated by the framework regarding the equilibrium of the energy demand and the energy capacity is proposed. The damage-control spectra constructed by strength reduction factors calculated from single-degree-of-freedom systems considering the post stiffness are addressed. A quantitative damage-control index to evaluate the system is also derived. The applicability of the proposed approach is validated by the evaluation of example structures with nonlinear dynamic analyses. The observations regarding the structural response and the prediction during selected ground motions demonstrate that the proposed approach can be applied to damage-control design and assessment of systems with satisfactory accuracy.
This paper presents experimental and analytical investigations on additional fixed-end rotations resulting from the strain penetration of high-strength reinforcement in reinforced concrete (RC) beam-column connections under monotonic loading. The experimental part included the test of 18 interior beam-column connections with straight long steel bars and 24 exterior beam-column connections with hooked and headed steel bars. Rebar strains along the anchorage length were recorded at the yielding and ultimate states. Furthermore, a numerical program was developed to study the effect of strain penetration in beam-column connections. The numerical results showed good agreement with the test results. Finally, 87 simulated specimens were designed with various parameters based on the test specimens. The effect of concrete compressive strength ($f_c$), yield strength ($f_y$), diameter ($d_b$), and anchorage length ($l_{ah}$) of the reinforcement in the beam-column connection was examined through a parametric study. The results indicated that additional fixed-end rotations increased with a decrease in $f_c$ and an increase in $f_y$, $d_b$ and $l_{ah}$. Moreover, the growth rate of additional fixed-end rotations at the yielding state was faster than that at the ultimate state when high-strength steel bars were used.
Effect of the several initial textures such as random texture, rolling texture and cube texture, on the plane strain stretching was studied by interpretation of the finite element method. The calculation of yield locus indicated that the sheet oriented in the cube texture exhibits easy yielding on uniaxial stress state whereas the sheet having either a random or the rolling texture exhibits easy yielding on shear deformation. Upon stretching tests, the thickness strain at the center region contacting the punch was identical regardless of the initial textures while the dependence of the thickness strain on the initial texture was found in the other regions. In general punch loads required or the sheet with an initial cube texture was as expected from calculated yield locus, lower than those for the others.
This study deals with thermomechanical cracking between the friction surface and the interior of the brake disc. Analytical model considered in this study was a semi-infinite solid subjected to the thermal loading of an asperity moving with a high speed. The temperature field and the thermal stress state were obtained and discussed on the basis of Von Mises and Tresca Yielding Criterion. Analytical results showed that the dominant stress in cracking of friction brake is thermal stress and cracking location is dependent on the friction coefficient of contact and Peclet number. On the basis of analytical results thermomechanical cracking model is proposed.
The confirmed integrity of nuclear fuel cladding materials is an important object during steady state and transient operations at nuclear power plant. In this context, the clad material yielding behavior is especially important because of pellet-clad gap expansion. During the steep power excursion, the in-pile irradiation behavior differences between uranium-dioxide fuel pellet and zircaloy clad induce the contact pressure between them. If this pressure reaches the zircaloy clad yield pressure, the zircaloy clad will be plastically deformed. After the reactor power resumed to normal state, this plastic permanent expansion of clad tube give rise to the pellet-clad gap expansion. In this paper, the simple mandrel expansion test method which utilizes thermal expansion difference between copper mandrel and zircaloy tube was adopted to simulate this phenomenon. That is, copper mandrel which has approximately three times of thermal expansion coefficient of zircaloy-4 (PWR fuel cladding material) were used in this experiment at the temperature range from 400C to 700C. The measured plastic expansion of zircaloy outer radius and derived mathematical relations give the yield pressure, yield stress of zircaloy-4 clad at the various clad wall temperatures, the activation energy of zircaloy tube yielding, and pellet-clad gap expansion. The obtained results are in good agreement with previous experimental results. The mathematical analysis and simple test method prove to be a reliable and simple technique to assess the yielding behavior and gap expansion measurement between zircaloy-4 tube and uranium-dioxide fuel pellet under biaxial stress conditions.
The negative stiffness spring and inerter are both characterized by the negative stiffness effect in the force-displacement relationship, potentially yielding an amplifying mechanism for dashpot deformation by being incorporated with a series tuning spring. However, resisting forces of the two mechanical elements are dominant in different frequency domains, thus leading to necessary complementarity in terms of vibration control and the amplifying benefit. Inspired by this, this study proposes a Negative Stiffness Inerter System (NSIS) as an earthquake protection system and developed analytical design formulae by fully utilizing its advantageous features. The NSIS is composed of a sub-configuration of a negative stiffness spring and an inerter in parallel, connected to a tuning spring in series. First, closed-form displacement responses are derived for the NSIS structure, and a stability analysis is conducted to limit the feasible domains of NSIS parameters. Then, the dual advantageous features of displacement reduction and the dashpot deformation amplification effect are revealed and clarified in a parametric analysis, stimulating the establishment of a displacement-based optimal design framework, correspondingly yielding the design formulae in analytical form. Finally, a series of examples are illustrated to validate the derived formulae. In this study, it is confirmed that the synergistic incorporation of the negative stiffness spring and the inerter has significant energy dissipation efficiency in a wide frequency band and an enhanced control effect in terms of the displacement and shear force responses. The developed displacement-based design strategy is suitable to utilize the dual benefits of the NSIS, which can be accurately implemented by the analytical design formulae to satisfy the target vibration control with increased energy dissipation efficiency.
In the current study, we present a new model for the prediction of the strip profile and the residual stresses. This new approach is an analytical model that predicts the residual stresses from the effect of post-deformation. Since the residual stress cannot exceed the yield strength of the material, post-yielding may possibly occur in the post-deformation zone prior to the strip reaching the steady-state zone. The prediction accuracy of the proposed model is examined through comparison with the predictions from 3-D finite element (FE) simulations.
This paper is presented to a theory comparing each different systems by quantitatively analyzing reliability. availability, maintenance and safety. Reliability R(t) produced by the method here is used for MTBF calculation of system as reliability of normal state. It is possible to produce the failure rate of unsafety state through modelization of system only to use the failure rate, after yielding the failure rate of failure mode to each unsafety sate in case that unsafety state is defined with the function of systems applied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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