Yulin Zhan;Wenfeng Huang;Shuoshuo Zhao;Junhu Shao;Dong Shen;Guoqiang Jin
Steel and Composite Structures
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v.48
no.1
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pp.59-71
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2023
Corrosion of the headed studs shear connectors is an important factor in the reduction of the durability and mechanical properties of the steel-concrete composite structure. In order to study the effect of stud corrosion on the mechanical properties in the negative moment region of steel-concrete composite beams, the corrosion of stud was carried out by accelerating corrosion method with constant current. Static monotonic loading was adopted to evaluate the cracking load, interface slip, mid-span deflection, and ultimate bearing capacity of four composite beams with varying corrosion rates of headed studs. The effect of stud corrosion on the stiffness of the composite beam's hogging moment zone during normal service stage was thoroughly examined. The results indicate that the cracking load decreased by 50% as the corrosion rate of headed studs increase to 10%. Meanwhile, due to the increase of interface slip and mid-span deflection, the bending stiffness dropped significantly with the same load. In comparison to uncorroded specimens, the secant stiffness of specimens with 0.5 times ultimate load was reduced by 25.9%. However, corrosion of shear studs had no obvious effect on ultimate bending capacity. Based on the experimental results and the theory of steel-concrete interface slip, a method was developed to calculate the bending stiffness in the negative bending moment region of composite beams during normal service stage while taking corrosion of headed studs into account. The validity of the calculation method was demonstrated by data analysis.
Recently, new development projects are being carried out with the soft ground located along the West coast and the South coast. As soft grounds have complex engineering properties that the load bearing capacity is low and high compressibility, it needs to solve this problems Prior to structures are constructed by the method of improvement of soft ground. The sand mat is usually being used for improvement of soft ground as a horizontal drain material and loading base. But, as the volume is enormous and an amount of demanded sand is increased, it is state of short in supply. This paper presents the feasibility study to use of precious slag ball instead of sand mat as the replacing material through the basic soil property tests, the medium of discharge capacity test and analysis of settlement character.
Vaezi, Hossein;Karimi, Amir;Shayanfar, Mohsenali;Safiey, Amir
Earthquakes and Structures
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v.20
no.2
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pp.215-224
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2021
The carbon dioxide present in the atmosphere is one of the main reasons for the corrosion of bridges, buildings, tunnels, and other reinforced concrete (RC) structures in most industrialized countries. With the growing use of fossil fuels in the world since the Industrial Revolution, the amount of carbon dioxide in urban and industrial areas of the world has grown significantly, which increases the chance of corrosion caused by carbonation. The process of corrosion leads to a change in mechanical properties of rebars and concrete, and consequently, detrimentally impacting load-bearing capacity and seismic behavior of RC structures. Neglecting this phenomenon can trigger misleading results in the form of underestimating the seismic performance metrics. Therefore, studying the carbonation corrosion influence on the seismic behavior of RC structures in urban and industrial areas is of great significance. In this study, a 2D modern RC moment frame is developed to study and assess the effect of carbonation corrosion, in 5-year intervals, for a 50 years lifetime under two different environmental conditions. This is achieved using the nonlinear static and incremental dynamic analysis (IDA) to evaluate the reinforcement corrosion effects. The reduction in the seismic capacity and performance of the reinforced concrete frame, as well as the collapse probability over the lifetime for different corrosion scenarios, is examined through the capacity curves obtained from nonlinear static analysis and the fragility curves obtained from IDA.
In Korea, none of the design methods, which can consider the properties of hard soil, weathered rock and the condition of construction, are suggested. Therefore, the properties of geomaterial are simply classified into three categories such as sand, clay and rock for the resistance estimation of axially loaded drilled shafts in Korea. However, in America, O'Neill et al.(1996) presented design methods for a new category of geomaterial which is between soil and rock termed "intermediate geomaterials, IGM's". And FHWA(1999) adapted above most complete classification of geomaterials in its design manual. However, in Korea, these properties are depended on the engineer's judgement, the weathered rocks may be counted as soils, although they may be referred to as IGM's in America. In this study, the applicability of IGM method was investigated through the three construction sites in Korea. For the comparison, two geomaterial properties are applied, respectively. The one was sound soil condition and the other was IGM condition and classical design method and IGM method were applied, respectively. The results showed that the predicted bearing capacities of drilled shafts with IGM's were larger than the predicted values by the classical design method with sound soil condition.
In Korea, none of the design methods, which can consider the properties of hard soil, weathered rock and the condition of construction, are suggested. Therefore, the properties of geomaterial are simply classified into three categories such as sand, clay and rock for the resistance estimation of axially loaded drilled shafts in Korea. However, in America, O'Neill et al.(1996) presented design methods for a new category of geomaterial which is between soil and rock termed "intermediate geomaterials, IGM's". And FHWA(1999) adapted above most complete classification of geomaterials in its design manual. However, in Korea, these properties are depended on the engineer's judgement, the weathered rocks may be counted as soils, although they may be referred to as IGM's in America. In this study, the applicability of IGM method was investigated through the two construction sites in Korea. For the comparison, two geomaterial properties are applied, respectively. The one was sound soil condition and the other was IGM condition and classical design method and IGM method were applied, respectively. The results showed that the predicted bearing capacities of drilled shafts with IGM's were larger than the predicted values by the classical design method with sound soil condition.
Geotechnical engineering problems are characterized by many sources of uncertainty. Some of these sources are connected to the uncertainties of soil properties involved in the analysis. In this paper, a numerical procedure for a probabilistic analysis that considers the spatial variability of soil properties is presented to study the response of spatially random soil. The approach integrates a commercial finite difference method and random field theory into the framework of a probabilistic analysis. Two-dimensional non-Gaussian random fields are generated based on a Karhunen-$Lo{\grave{e}}ve$ expansion in a fashion consistent with a specified marginal distribution function and an autocorrelation function. A Monte Carlo simulation is then used to determine the statistical response based on the random fields. A series of analyses were performed to study the effects of uncertainty due to the spatial heterogeneity on the settlement and bearing capacity of a rough strip footing. The simulations provide insight into the application of uncertainty treatment to the geotechnical problem and show the importance of the spatial variability of soil properties with regard to the outcome of a probabilistic assessment.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.385-392
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2014
The isolators have been generally used to reduce a seismic force. If the isolators apply to the nuclear power plants(NPPs), the durability and capacity for the structures and equipments should be ensured during the life time. In this study, the long-term behavior of isolated NPPs was analyzed for ensuring the seismic safety. The properties of isolator due to the age-related degradation were analyzed. And the seismic behavior of isolated buildings was analyzed by considering the aging of rubber bearings in different temperature environments. According to the analysis results, the natural frequency of structures was increased with time. But the maximum acceleration and maximum displacement of isolated structures have not changed significantly. Although the damaged of structure did not occurred by aging of isolators, it was presented that the spectral acceleration at the target frequency of isolated structure increased with the temperature. Therefore the isolators in the isolated buildings should be carefully designed and manufactured considering the temperature-dependancy of rubber material.
The effects of plaster on the behavior of single-story single-bay masonry-infilled steel frames under in-plane base accelerations have been experimentally investigated by a shake-table. Tested structures were made in a 1/3 scale, with realistic material properties and construction methods. Steel frames with high and low flexural rigidity of beams and columns were considered. Each type of frame was tested with three variants of masonry: (i) non-plastered masonry; (ii) masonry infill with conventional plaster on both sides; and (iii) masonry infill with a polyvinyl chloride (PVC) net reinforced plaster on both sides. Masonry bricks were made of lightweight cellular concrete. Each frame was firstly successively exposed to horizontal base accelerations of an artificial accelerogram, and afterwards, to horizontal base accelerations of a real earthquake. Characteristic displacements, strains and cracks in the masonry were established for each applied excitation. It has been concluded that plaster strengthens the infill and prevents damages in it, which results in more favorable behavior and increased bearing capacity of plastered masonry-infilled frames compared to non-plastered masonry-infilled frames. The load-bearing contribution of the adopted PVC net in the plaster was not noticeable for the tested specimens, probably due to relative small cross section area of fibers in the net. Behavior of masonry-infilled steel frames significantly depends on frame stiffness. Strong frames have smaller displacements than weak frames, which reduces deformations and damages of an infill.
Park, Woo-Jin ;Park, Dong-Su;Shin, Mun-Beom;Seo, Young-Kyo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.39
no.5
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pp.51-63
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2023
Numerical analysis was conducted to determine the effect of soil behavior by thawing and freezing of seasonal frozen soil on pile foundations. The analysis was performed using the finite element method (FEM) to simulate soil-pile interaction based on the atmosphere temperature change. Thermomechanical coupled modeling using FEM was applied with the temperature-dependent nonlinear properties of the frozen soil. The analysis model cases were applied to the MCR and HDP models to simulate the elastoplastic behavior of soil. The numerical analysis results were analyzed and compared with various conditions having different length and width sizes of the pile. The results of the numerical analysis showed t hat t he HDP model was relat ively passive, and t he aspect and magnit ude of t he bearing capacit y and displacement of the pile head were similar depending on the length and width of the pile conditions. The vertical displacement of the pile head by thawing and freezing of the ground showed a large variation in displacement for shorter length conditions. In the MCR model, the vertical displacement appeared in the maximum thaw settlement and frost heaving of 0.0387 and 0.0277 m, respectively. In the HDP model, the vertical displacement appeared in the maximum thaw settlement and frost heaving of 0.0367 and 0.0264 m, respectively. The results of the pile bearing capacity for the two elastoplastic models showed a larger difference in the width condition than the length condition of the pile, with a maximum of about 14.7% for the width L condition, a maximum of about 5.4% for M condition, and a maximum of about 5.3% for S condition. The significance of the effect on the displacement of the pile head and the bearing capacity depended on the pile-soil contact area, and the difference depended on the presence or absence of an active layer in the soil and its thickness.
Kazemi, Seyed Morteza;Sohrabi, Mohammad Reza;Kazemi, Hasan Haji
Steel and Composite Structures
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v.29
no.3
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pp.391-404
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2018
Researchers have been long studying new building implementation methods to improve the quality of construction, reduce the time of assembly, and increase productivity. One of these methods is the use of modular pre-fabricated structural forms that are composed of a beam, column, short column, pyramidal end block, and connection plates. In this study, a new geometry for the pyramidal end block was proposed that helps facilitate the assembly procedure. Since the proposed configuration affects the performance of this form of connection, its behavior was evaluated using finite element method. For this purpose, the connection was modeled in ABAQUS and then validated by comparing the outputs with experimental results. The research proceeded through analyzing 16 specimens under monotonic and cyclic loading. The results indicated that using the pyramidal end block not only makes the assembly process easier but also reduces the out-of-plane displacement of the short column webs and the vertical displacement of beam end. By choosing appropriate section properties for column and beam, the connection can bear a rotation up to 0.01 radians within its inelastic region and a total of 0.04 radians without any significant reduction in its bearing capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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