The utilization of geopolymer recycled aggregate concrete (GRAC) as the infilled core of the concrete-filled steel tubular (CFST) columns provides superior economic and environmental benefits. However, limited research exists within the field of geopolymer recycled aggregate concrete considered a green and sustainable material, in addition to the limitation of the design guidelines to predict the behavior of such an innovative new material combination. Moreover, the behavior of high-strength concrete is different from the normal-strength one, especially when there is another material of high-strength properties, such as the steel tube. This paper aims to investigate the behavior of the axially loaded square high-strength GRACFST columns through the nonlinear finite element analysis (NLFEA). A total of thirty-two specimens were simulated using ABAQUS/Standard software with three main variables: recycled aggregate replacement ratio (0, 30, and 50) %, width-to-thickness ratios (52.0, 32.0, 23.4, and 18.7), and length-to-width ratio (3, 5, 9, and 12). During the analysis, the response in terms of the axial load versus the longitudinal strain was recorded and plotted. In addition, various mechanical properties were calculated and analyzed. In view of the results, it has been demonstrated that the mechanical properties of high-strength GRACFST columns such as ultimate load-bearing capacity, compressive stiffness, energy absorption capacity, and ductility increase with the increase of the steel tube thickness owing to the improvement of the confinement effect of the steel tube. In contrast, the incorporation of the recycled aggregate adversely affected the mentioned properties except the ductility, while the increase of the recycled aggregate replacement ratio improved the column's ductility. Moreover, it has been found that the increase in the length-to-width ratio significantly reduced both the failure strain and the energy absorption capacity. Finally, the obtained NLFEA results of the ultimate load-bearing capacity were compared with the corresponding predicted capacities by numerous codes. It has been concluded that AISC, ACI, and EC give conservative predictions for the ultimate load-bearing capacity since the confinement effect was not considered by these codes.
In the recent decades, the application of composite materials, due to their desirable properties, has increased dramatically. In the present study, a quasi-encased trapezoidal section composite steel beam encased with concrete is thoroughly examined. Calculation of the load bearing capacity is carried out by finite element modeling of concrete and FRP beams with trapezoidal section under the effect of controlled displacement loading. The results are then validated comparing to the existing experimental results obtained from similar studies. Further on, the materials are changed to steel and concrete, and the section is de-signed in such a way that both concrete and steel reach a high percent-age of their load bearing capacity. In the last step, the parameters affecting the bending capacity and the behavior of the semi-confined composite beam are investigated. Results revealed that the beam diagonal web thickness plays the most effective role in load bearing capacity amongst other studied parameters. Furthermore, by analyzing the results on the effect of different parameters, an optimal model for primary beam section is presented, which exhibits a greater load bearing capacity compared to the initial design with the same amount of materials used for both sections.
A new type of composite insulated concrete sandwich wall (ICS-wall), which is composed of a triangle truss steel wire network, an insulating layer, and internal and external concrete layers, is proposed. To study the mechanical properties of this new ICS-wall, tensile, compression, and shearing tests were performed on 22 specimens and tensile strength and corrosion resistance tests on 6 triangle truss joints. The variables in these tests mainly include the insulating plate material, the thickness of the insulating plate, the vertical distance of the triangle truss framework, the triangle truss layout, and the connecting mode between the triangle truss and wall and the material of the triangle truss. Moreover, the failure mode, mechanical properties, and bearing capacity of the wall under tensile, shearing, and compression conditions were analyzed. Research results demonstrate that the concrete and insulating layer of the ICS-wall are pulling out, which is the main failure mode under tensile conditions. The ICS-wall, which uses a graphite polystyrene plate as the insulating layer, shows better tensile properties than the wall with an ordinary polystyrene plate. The tensile strength and bearing capacity of the wall can be improved effectively by strengthening the triangle truss connection and shortening the vertical distances of the triangle truss. The compression capacity of the wall is mainly determined by the compression capacity of concrete, and the bonding strength between the wall and the insulating plate is the main influencing factor of the shearing capacity of the wall. According to the tensile strength and corrosion resistance tests of Austenitic stainless steel, the bearing capacity of the triangle truss does not decrease after corrosion, indicating good corrosion resistance.
To study the mechanical properties of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube columns under eccentric compression loads, this study presents a finite element model which can simulate the eccentrically compressed columns using ABAQUS software. The analytical model was established by selecting the reasonable nonlinear analysis theory and the constitutive relationship of materials in the columns. The influences of design parameters on the eccentric compressive performance of columns were also considered in detail, such as the diameter-thickness ratio of circular steel tube, replacement percentage of recycled coarse aggregate (RCA), slenderness ratio, eccentricity, recycled aggregate concrete (RAC) strength and steel strength and so on. The deformation diagram, stress nephogram and load-displacement curves of the eccentrically compressed columns were obtained and compared with the test results of specimens. The results show that although there is a certain error between the calculation results and the test results, the error is small, which shows the rationality on the numerical model of eccentrically compressed columns. The failure of the columns is mainly due to the symmetrical bending of the columns towards the middle compression zone, which is a typical compression bending failure. The eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns increase with the increase of the strength of steel tube and profile steel respectively. Compared with profile steel, the strength of steel tube has a greater influence on the eccentric compressive performance of columns. Improving the strength of RAC is beneficial to the eccentric bearing capacity of columns. In addition, the eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns decrease with the increase of replacement percentage of RCA. The section form of profile steel has little influence on the eccentric compression performance of columns. On this basis, the calculation formulas on the nominal eccentric bearing capacity of columns were also put forward and the results calculated by the proposed formulas are in good agreement with the test values.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.482-491
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2009
In this study, the mechanical behavior of very soft ground that is reinforced on the surface has been investigated with the aid of a series of numerical analyses. Key material properties of each dredged soft ground, reinforcement and backfill sand mat have been parametrically estimated in the numerical analysis. Along with the result of the study previously performed, a series of in-situ loading conditions and settlement exerted by surface reinforcing operation by construction vehicles has been numerically simulated. These result have been used to evaluate the limit bearing capacity for the unreinforced and reinforced soft ground. Also, the results of the numerical analysis obtained in this research were compared with Yamanouchi's empirical correlation for the limit bearing capacity. Engineering charts listed in this paper for estimating the limit bearing capacity provide field engineers with preliminary design tool for surface reinforcement of very soft ground.
This paper presents the results of an experimental study on the residual behavior of reinforced recycled aggregate concrete (RRAC) beam-columns after exposure to elevated temperatures. Two parameters were considered in this test: (a) recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentages (i.e. 0, 30, 50, 70 and 100%); (b) high temperatures (i.e. 20, 200, 400, 600, and 800℃). A total of 25 RRAC short columns and 32 RRAC beams were conducted and subjected to different high temperatures for 1 h. After cooling down to ambient temperature, the following basic physical and mechanical properties were then tested and discussed: (a) surface change and mass loss ratio; (b) strength of recycled aggregate concrete (RAC) and steel subjected to elevated temperatures; (c) bearing capacity of beam-columns; (d) load-deformation curve. According to the test results, the law of performance degradation of RRAC beam-columns after exposure to high temperatures is analyzed. Finally, introducing the influence coefficient of RCA replacement percentage and high temperatures, respectively, to correct the calculation formulas of bearing capacity of beam-columns in Chinese Standard, and then the residual bearing capacity of RRAC beam-columns subjected elevated temperatures is calculated according to the modified formulas, the calculated results are in good agreement with the experimental results.
Many of the recent investigations in the field of geotechnical engineering focused on the bearing capacity theories of multilayered soil. A number of factors affect the bearing capacity of the soil, such as soil properties, applied overburden stress, soil layer thickness beneath the footing, and type of design analysis. An extensive number of finite element model (FEM) simulation was performed on a prototype slope with various abovementioned terms. Furthermore, several non-linear artificial intelligence (AI) models are developed, and the best possible neural network system is presented. The data set is from 3443 measured full-scale finite element modeling (FEM) results of a circular shallow footing analysis placed on layered cohesionless soil. The result is used for both training (75% selected randomly) and testing (25% selected randomly) the models. The results from the predicted models are evaluated and compared using different statistical indices (R2 and RMSE) and the most accurate model BBO (R2=0.9481, RMSE=4.71878 for training and R2=0.94355, RMSE=5.1338 for testing) and TLBO (R2=0.948, RMSE=4.70822 for training and R2=0.94341, RMSE=5.13991 for testing) are presented as a simple, applicable formula.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.367-372
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2002
In these days, The base isolation system is often used to improve the seismic capacity of the structures instead of conventional techniques of strengthening the structural members. The purpose of this study is to evaluate dynamic properties and mechanical characteristics of the 10tonf-LRB(Lead-Rubber Bearing). Experimental studies were performed to obtain the hysteretic behavior, effective shear stiffness( $K_{eff}$), equivalent damping( $H_{eq}$ ), capacity of energy dissipation( $W_{D}$) of six 10tonf-LRB. Especially, in this study, the response of the LRB for high loading frequency(0.5Hz~3.0Hz) was estimated. The effective shear stiffness of the LRB decreases and the capacity of energy dissipation increases as the shear strain amplitude increases. But the shear behavior of the LRB is not affected sensitively by loading frequency.y.y.
This paper investigates the flexural behavior of reinforced recycled aggregates concrete (RRAC) beams after exposed to high temperatures. The experimental results from 17 specimens were present and compared with temperatures, recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentages, and concrete strength as variables. It was found that the high temperature would not cause an observable change in the failure pattern. However, high temperature can significantly reduce the stiffness and ductility, and accelerate the damage degradation of specimens. After exposure to 600℃, the ultimate bearing capacity of the specimens decreased by 20%-30% The mechanical properties of RRAC beams after high temperatures were barely impacted by the replacement percentages. Increasing the concrete strength of RCA could effectively improve the bearing capacity and peak deflection of RRAC beams after exposed to high temperatures. Furthermore, the calculation method of the bending bearing capacity and deflection of RRAC beams was also discussed.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.603-610
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2005
The end bearing behavior of piles socketed in weathered/soft rock is generally dependent upon the mass conditions of rock with fractures rather than the strength of intact rock. However, there are few available data and little guidance in the prediction of the end bearing capacity of drilled shafts socketed in weathered/soft rock, considering rock mass weathering. Therefore, a database of 13 load tests was constructed first, and new empirical relationships between the base reaction modulus of piles in rock and rock mass properties were developed. No correlation was found between the compressive strengths of intact rock and the base reaction modulus of weathered/soft rock. The ground investigation data regarding the rock mass conditions(e.g. Em, Eur, RMR, RQD) was found to be highly correlated with the base reaction modulus, showing the coefficients of correlation greather than 0.7 in most cases. Additionally, the applicability of existing methods for the end bearing capacity of piles in rock was verified by comparison with the field test data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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