The paper makes the experimental and finite-element-analysis investigation on the seismic behavior of the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam under low cyclic reversed loading. Two specimens are designed and conducted for the experiment to study the seismic behavior of the rebar-penetrated joint under cyclic loading. Then, finite element analysis models of the rebar-penetrated joint are developed using ABAQUS 6.10 to serve as the complement of the experiment and further analyze the seismic behavior of the rebar-penetrated joint. Finite element analysis models are also verified by the experimental results. Finally, the hysteretic performance, the bearing capacity, the strength degradation, the rigidity degradation, the ductility and the energy dissipation of the rebar-penetrated joint are evaluated in detail to investigate the seismic behavior of the rebar-penetrated joint through experimental results and finite element analysis results. The research demonstrates that the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam, with full and spindle-shaped load-displacement hysteretic curves, shows generally the high ductility and the outstanding energy-dissipation capacity. As a result, the rebar-penetrated joint exhibits the excellent seismic performance and meets the earthquake-resistant requirements of the codes in China. The research provides some references and suggestions for the application of the rebar-penetrated joint in the projects.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.2
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pp.157-165
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2011
Base isolation system is widely used for reduction of dynamic responses of structures subjected to seismic load. Recently, research on a smart base isolation system that can effectively reduce dynamic responses of the isolated structure without accompanying increases in base drifts has been actively conducted. In this study, a smart base isolation system was applied to an arch structure subjected to seismic excitation and its control performance for reduction of seismic responses was evaluated. In order to make a smart base isolation system, 4kN MR dampers and low damping elastomeric bearings were used. Seismic response control performance of the proposed smart base isolation system was compared to that of the optimally designed lead-rubber bearing(LRB) isolation system. To this end, an artificial ground motion developed based on KBC2009 design response spectrum was used as a seismic excitation. Fuzzy control algorithm was used to control MR damper in the smart base isolation system and multi-objective genetic algorithm was employed to optimize the fuzzy controller. Based on numerical simulation results, it has been shown that the smart base isolation system can drastically reduce base drifts and seismic responses of the example arch structure in comparison with LRB isolation system.
In cementless total hip arthroplasty(THA), an initial stability of the femoral component is mandatory to achieve bony inyowth and secondary long term fixation. Primary stability of the femoral component can be obtained by minimizing the magnitude of relative micromotions at bone stem interface. An accurate evaluation of interf'ace micromotion and stress/strain fields in the bone-implant system may be relevant for better understanding of clinical situations and improving THA design. Recently finite element method(FEM) was introduced in'orthopaedic research field due to its unique capacity to evaluate stress in structure of complex shape, loading and material behavior. The authors developed the 3-dimensional finite element model of proximal femur with $Multilock^{TM}$ stem of 1179 blick elements to analyse the micromotions and mechanical behaviors at the bone-stem inteface in early post-operative period for the load simulating single leg stance. The results indicates that the values of relative motion for this well fit stem were $150{\mu}m$ in maximum $82{\mu}m$ in minimum and the largest relative motion was developed in medial region of Proximal femur and in anterior-posterior direction. The motion in the proximal bone was much greater than in the distal bone and the stress pattern showed high stress concentration on the cortex near the tip of the stem. These findings indicate that the loading on the hip joint in the early postoperative situation before achieving bony ingrowth could produce large micromotion of $150{\mu}m$ and clinicaly non-cemented THA patient should not be allowed weight bearing strictly early in the postoperative period.
In this paper, the fracture characteristics of concrete specimens with different notch depths under three-point flexural loads are studied by finite element and fracture mechanics methods. Firstly, the concrete beams (the size is 700×100×150 mm) with different notch depths (a=30 mm, 45 mm, 60 mm and 75 mm respectively) are tested to study the influence of notch depths on the mechanical properties of concrete. Subsequently, the concrete beams with notch depth of 60 mm are loaded at different loading rates to study the influence of loading rates on the fracture characteristics, and digital image correlation (DIC) is used to monitor the strain nephogram at different loading rates. The test results show that the flexural characteristics of the beams are influenced by notch depths, and the bearing capacity and ductility of the concrete decrease with the increase of notch depths. Moreover, the peak load of concrete beam gradually increases with the increase of loading rate. Then, the fracture energy of the beams is accurately calculated by tail-modeling method and the bilinear softening constitutive model of fracture behavior is determined by using the modified fracture energy. Finally, the bilinear softening constitutive function is embedded into the finite element (FE) model for numerical simulation. Through the comparison of the test results and finite element analysis, the bilinear softening model determined by the tail-modeling method can be used to predict the fracture behavior of concrete beams under different notch depths and loading rates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.3
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pp.353-359
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2010
For achieving economical fuel consumption, an increase in the load bearing capacity, and for environmental conservation, there is a constant demand for lightweight frames of commercial vehicles used in the transportation industry. In this study, a structural analysis of the frame of a heavy flat-bed trailer was performed to determine the optimal design of a new lightweight frame made of high-strength steel. To identify the key design parameters of the trailer frame, Taguchi's orthogonal array was used in the experiments. Using ANSYS, a commercial FEA program, the frame structure was optimized with respect to stress, deflection, and torsional stiffness by performing stress and vibration analyses. A physical model of the trailer was also built to verify the validity of the numerical analyses. Finally, an on-road fatigue test of the new lightweight frame made of the high-strength steel, ATOS80, was performed to confirm the durability of the new design.
The purpose of this paper is to reconstruct the original floor plan and wall design of Seokbulsa Grotto in Kyungju; commonly known as 'Seokguram'. The paper presents an array of dimensional studies of the existing Seokguram to examine its architectural form, and infers the original floor plan and wall design of Seokbulsa Grotto. Seokbulsa Grotto is designed as a system of 'coherent modules' and was constructed using the dry stone method, which interlocks large stone modules into a whole that becomes the load-bearing structure itself. The design principles governing Seokbulsa Grotto are the spatial axis of symmetry, modular coordination, and the layout grid of a quarter Tang-Ruler(TR: 唐尺). Dimensional studies were conducted with these governing principles in mind and concludes the following about the original floor plan design. In the main chamber, Ansang-stone's radius is 12 TR, and Flagstone's radius is 12¼ TR. In the front chamber, the width between the two Ansang-stones facing each other is 22 TR and the longitudinal space depth is 12 TR, while the width between the two Flagstones facing each other is 22½ TR and Flagstone's depth is 12 TR. In the passageway, the width between the two Ansang-stones facing each other is 11½ TR and longitudinal space depth is 9 TR, while the width between the two Flagstones facing each other is 12 TR and Flagstone's depth is 7¾ TR. The distance from the center to the entrance line of the main chamber is 10½ TR. Therefore, the total longitudinal length of the Grotto is 43½ TR at the level of the Ansang-stones, and 44 TR at the level of the Flagstones.
Generally, traditional approaches to track the target position are to estimate ranges and bearings by 2-D MUSIC (MUltiple 519na1 Classification) method. and to associate estimates of 2-D MUSIC made at different time points with the right targets by JPDA (Joint Probabilistic Data Association) filter in the near field. However, the disadvantages of these approaches are that these have the data association Problem in tracking multiple targets. and that these require the heavy computational load in estimating a 2-D range/bearing spectrum. In case multiple targets are adjacent. the tracking performance degrades seriously because the estimate of each target's Position has a large error. In this paper, we proposed a new tracking algorithm using Position innovations extracted from the senor output covariance matrix in the near field. The proposed algorithm is demonstrated by the computer simulations dealing with the tracking of multiple closing and crossing targets.
The effects of the vertical component of a ground motion on the earthquake performances of semi-ductile high-rise R/C structures were investigated in the present study. Linear and non-linear time-history analyses were conducted on an existing in-service R/C building for the loading scenarios including and excluding the vertical component of the ground motion. The ratio of the vertical peak acceleration to the horizontal peak acceleration (V/H) of the ground motion was adopted as the main parameter of the study. Three different near-source earthquake records with varying V/H ratio were used in the analyses. The linear time-history analyses indicated that the incorporation of the vertical component of a ground motion into analyses greatly influences the vertical deflections of a structure and the overturning moments at its base. The lateral deflections, the angles of rotation and the base shear forces were influenced to a lesser extent. Considering the key indicators of vertical deflection and overturning moments determined from the linear time-history analysis, the non-linear analyses revealed that the changes in the forces and deformations of the structure with the inclusion of the vertical ground motion are resisted by the shear-walls. The performances and damage states of the beams were not affected by the vertical ground motion. The vertical ground motion component of earthquakes is markedly concluded to be considered for design and damage estimation of the vertical load-bearing elements of the shear-walls and columns.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.3
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pp.104-111
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2020
The purpose of this study is to investigate the flexural behavior and plastic hinge of reinforced concrete-ECC composite beams. Ordinary portland cement was used as a binder, and high volume fly ash was also used to improve the properties of ECC. An ECC designed in this study showed high tensile strain capacity of 3.0%. Three types of beams were manufactured according to the replacement length of concrete with ECC. From the bending tests, it was found that load-bearing capacity as well as ductility of beam increased with an increase in the replacement length of concrete with ECC. Curvature ductility and plastic hinge length of beam were also increased.
Trap effect of groove is evaluated in a lubricating system using computational fluid dynamics (CFD) analysis. The simulation is based on the standard k-ε turbulence model and the discrete phase model (DPM) using a commercial CFD code FLUENT. The simulation results are also capable of showing the particle trajectories in flow field. Computational domain is meshed using the GAMBIT pre-processor. The various grooves are applied in order to improve lubrication characteristics such as reduction of friction loss, increase in load carrying capacity, and trapping of the wear particles. Trap effect of groove is investigated with variations in cross-sectional shape and Reynolds number in this research. Various cross-sectional shapes of groove (rectangular, triangle, U shaped, trapezoid, elliptical shapes) are considered to evaluate the trap effect in simplified two-dimensional sliding bearing. The particles are assumed to steel, and defined a single particle injection condition in various positions. The “reflect” boundary condition for discrete phase is applied to the wall boundary, and the “escape” boundary condition to “pressure inlet” and “pressure outlet” conditions. The streamlines are compared with particles trajectories in the groove. From the results of numerical analysis in the study, it is found that the cross-sectional shapes favorable to the creation of vortex and small eddy current are effective in terms of particle trapping effect. Moreover, it is found that the Reynolds number has a strong influence on the pattern of vortex or small eddy current in the groove, and that the pattern of the vortex or small eddy current affects the trap effect of the groove.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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