The Self Compacting Concrete, SCC is the new generation type of concrete which is not needed to be compacted by vibrator and it will be compacted by its own weight. Since SCC is a new innovation and also the high strength self compacting concrete, HSSCC behavior is like a brittle material, therefore, understanding the strength effect on the serviceability performance of reinforced self compacting concretes is critical. For this aim, first the normal and high strength self compacting concrete, NSSCC and HSSCC was designed. Then, the serviceability performance of reinforced connections consisting of NSSCC and HSSCC were investigated. Twelve reinforced concrete connections (L = 3 m, b = 0.15 m, h = 0.3 m) were simulated, by this concretes, the maximum and minimum reinforcement ratios ${\rho}$ and ${\rho}^{\prime}$ (percentage of tensile and compressive steel reinforcement) are in accordance with the provision of the ACI-05 for conventional RC structures. This study was limited to the case of bending without axial load, utilizing simple connections loaded at mid span through a stub (b = 0.15 m, h = 0.3 m, L = 0.3 m) to simulate a beam-column connection. During the test, concrete and steel strains, deflections and crack widths were measured at different locations along each member. Based on the experimental readings and observations, the cracked moment of inertia ($I_{cr}$) of members was determined and the results were compared with some selective theoretical methods. Also, the flexural crack widths of the members were measured and the applicability for conventional vibrated concrete, as for ACI, BS and CSA code, was verified for SCCs members tested. A comparison between two Codes (ACI and CSA) for the theoretical values cracking moment is indicate that, irrespective of the concrete strength, for the specimens reported, the prediction values of two codes are almost equale. The experimental cracked moment of inertia $(I_{cr})_{\exp}$ is lower than its theoretical $(I_{cr})_{th}$ values, and therefore theoretically it is overestimated. Also, a general conclusion is that, by increasing the percentage of ${\rho}$, the value of $I_{cr}$ is increased.
Consideration of the panel zone (PZ) deformations in the analysis of steel moment frames (SMFs) has a substantial effect on structural response. One way to include the PZ effect on the structural response is Krawinkler's PZ model, which is one of the best and conventional models. However, modeling of Krawinkler's PZ model has its complexity, and finding an alternative procedure for PZ modeling is of interest. In this study, an efficient model is proposed to simplify Krawinkler's PZ model into an Adjusted Rigid-End Zone (AREZ). In this way, the rigid-end-zone dimensions of the beam and column elements are defined through an appropriate rigid-end-zone factor. The dimensions of this region depend on the PZ stiffness, beam(s) and columns' specifications, and connection joint configuration. Thus, to obtain a relationship for the AREZ model, which yields the dimensions of the rigid-end zone, the story drift of an SMF with Krawinkler's PZ model is equalized with the story drift of the same structure with the AREZ model. Then, the degree of accuracy of the resulting relationship is examined in several connections of generic SMFs. Also, in order to demonstrate the applicability of the proposed model in SMFs, several SMFs ranging from 3- to 30-story representing low- to high-rise buildings are examined through linear static and dynamic time history analysis. Furthermore, non-linear dynamic analyses of three SMFs conducted to validate the degree of accuracy of the proposed model in the non-linear analysis of SMFs. Analytical results show that there is considerable conformity between inter-story drift ratio (IDR) results of the SMFs with Krawinkler's PZ model and those of the centerline SMFs with AREZ.
Dorvash, Siavash;Pakzad, Shamim N.;LaCrosse, Elizabeth L.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.2
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pp.85-104
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2014
Damage detection is a challenging, complex, and at the same time very important research topic in civil engineering. Identifying the location and severity of damage in a structure, as well as the global effects of local damage on the performance of the structure are fundamental elements of damage detection algorithms. Local damage detection is essential for structural health monitoring since local damages can propagate and become detrimental to the functionality of the entire structure. Existing studies present several methods which utilize sensor data, and track global changes in the structure. The challenging issue for these methods is to be sensitive enough in identifYing local damage. Autoregressive models with exogenous terms (ARX) are a popular class of modeling approaches which are the basis for a large group of local damage detection algorithms. This study presents an algorithm, called Influence-based Damage Detection Algorithm (IDDA), which is developed for identification of local damage based on regression of the vibration responses. The formulation of the algorithm and the post-processing statistical framework is presented and its performance is validated through implementation on an experimental beam-column connection which is instrumented by dense-clustered wired and wireless sensor networks. While implementing the algorithm, two different sensor networks with different sensing qualities are utilized and the results are compared. Based on the comparison of the results, the effect of sensor noise on the performance of the proposed algorithm is observed and discussed in this paper.
The tension type joint is a mechanically very efficient connection method, as it directly uses the load capacity of base metal or high tension bolt, the reduction of the number of drilling hole and fastening and the fatigue resistance. It is applied to the joint of girder and cross beam, horizontal joints of towers, beam to column joints, the secondary member joints of deck floor ends, and brackets. In this paper, static load tests for the T-type tension joint were conducted to investigate the structural behavior of the joint. The parameters were bolt diameter, flange thickness, and the reduction of clamping force of the joint. The failure modes and load capacity of joints and the effects of flange thickness, bolt diameter and clamping force were investigated.
As the building structures are higher and bigger, the high-performance steels of high strength, toughness, and low yield ratio had been required and developed. In this paper the behavior of the moment connection with bolted web and high strength steel was studied by using the finite-element analysis computer program of ABAQUS. The analysis model is based on the test results and the same cyclic load history was applied at the FE(Finite Element) model until it failed in the test. Through the FEA, several indicators hardly measured from the test were acquired. These indicators related to stress and strain were selected from three plastic rotation stages: 0.003 rad, 0.03 rad, and final failure rotation. Specifically, at the final failure stage, the strain indicators producing the full plastic behavior were suggested as a mechanical property for steel.
In this paper, semi-rigid elasto-plastic post-buckling analysis of a space frame was performed using various explicit arc-length methods. Various explicit arc-length methodsand a large-deformation and small-strain elasto-plastic 3D space frame element with semi-rigid connections and plastic hinges were developed. This element can be appliedto both explicit and implicit numerical algorithms. In this study, the Dynamic Relaxation method was adopted in the predictor and corrector processesto formulate an explicit arc-length algorithm. The developed "explicit-predictor" or "explicit-corrector" were used in the elasto-plastic post-buckling analysis. The Eulerian equations for a beam-column with finite rotation, which considers the bowing effects, were adopted for the elastic system and extended to theinelastic system with a plastic hinge concept. The derived tangent stiffness matrix was asymmetrical due to the finite rotation. The joint connection elements were introduced for semi-rigidity using a static condensation technique. Semi-rigid elasto-plastic post-buckling analyses were carried out to demonstrate the potential of the developed explicit arc-length method and advanced space frame element in terms of accuracy and efficiency.
During the last two decades, much joint research regarding vibration based methods has been done, leading to developing various algorithms and techniques. These algorithms and techniques can be divided into modal methods and signal methods. Although modal methods have been widely used for health monitoring and damage detection, signal methods due to higher efficiency have received considerable attention in various fields, including aerospace, mechanical and civil engineering. Signal-based methods are derived directly from the recorded responses through signal processing algorithms to detect damage. According to different signal processing techniques, signal-based methods can be divided into three categories including time domain methods, frequency domain methods, and time-frequency domain methods. The frequency domain methods are well-known and interest in using them has increased in recent years. To determine dynamic behaviours, to identify systems and to detect damages of bridges, different methods and algorithms have been proposed by researchers. In this study, a new algorithm to detect seismic damage in the bridge's piers is suggested. To evaluate the algorithm, an analytical model of a bridge with simple spans is used. Based on the algorithm, before and after damage, the bridge is excited by a sine force, and the piers' responses are measured. The dynamic specifications of the bridge are extracted by Power Spectral Density function. In addition, the Least Square Method is used to detect damage in the bridge's piers. The results indicate that the proposed algorithm can identify the seismic damage effectively. The algorithm is output-only method and measuring the excitation force is not needed. Moreover, the proposed approach does not need numerical models.
Kim, Chunggil;Heo, Gwanghee;Jeong, Seonghoon;Kim, Sun Tae;Seo, Youngdeuk;Ko, Byeongchan
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.2
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pp.157-164
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2023
This study aims to analyze the damage and destruction behavior of pallet racks due to external forces through shaking table test. Pallet racks is a general storage racks type consisting of column, beam, and brace to resist an external force. To analyze the safety of the pallet racks due to external force, a shaking table test was conducted to investigate the pallet racks behavior due to external force while increasing the seismic load targeting the pallet racks used in the existing logistics storage facility. As a result of the shaking table test, it was confirmed that the torsion of the pallet racks damaged the connection parts of some members located on the 1st and 2nd levels, thereby destroying the loading equipment.
The aim of this research is to model the behaviour of recently developed high force to volume (HF2V) passive energy dissipation devices using a simple finite element (FE) model. Thus, the end result will be suitable for use in a standard FE code to enable computationally fast and efficient analysis and design. Two models are developed. First, a detailed axial model that models an experimental setup is created to validate the approach versus experimental results. Second, a computationally and geometrically simpler equivalent rotational hinge element model is presented. Both models are created in ABAQUS, a standard nonlinear FE code. The elastic, plastic and damping properties of the elements used to model the HF2V devices are based on results from a series of quasi-static force-displacement loops and velocity based tests of these HF2V devices. Comparison of the FE model results with the experimental results from a half scale steel beam-column sub-assembly are within 10% error. The rotational model matches the output of the more complex and computationally expensive axial element model. The simpler model will allow computationally efficient non-linear analysis of large structures with many degrees of freedom, while the more complex and physically accurate axial model will allow detailed analysis of joint connection architecture. Their high correlation to experimental results helps better guarantee the fidelity of the results of such investigations.
In this study, cyclic loading analysis was conducted in order to understand the behavior of self-centering connections based on the number of PT(posttensioning) strands and initial posttensioning force. The initial posttensioning force needs to be above the yield moment of an angle for obtaining noticeable self-centering effect and it is proper that decompression moment ratio needs to be below 0.35 to minimize the residual displacement of major elements. As the number of PT strands increased, self-centering capacity also improved since initial posttensiong force in each PT strand has been decreased. It is also appropriate that initial posttensiong force needs to be less than or equal to 75% of yield strength of PT strands.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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