Kim, Gyu-Yong;Kim, Young-Sun;Lee, Tae-Gyu;Park, Chan-Kyu;Lee, Seung-Hoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.5
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pp.583-592
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2008
Recently, the effects of high temperature on compressive strength, elastic modulus and strain at peak stress of high strength concrete were experimentally investigated. The present study is aimed to study the effect of elevated temperatures ranging from 20 to 700 on the material mechanical properties of high strength concrete of 40, 60, 80 MPa grade. In this study, the types of test were the stressed test and stressed residual test that the specimens are subjected to a 25% of ultimate compressive strength at room temperature and sustained during heating and when target temperature is reached, the specimens are loaded to failure. And another specimens are loaded to failure after 24 hour cooling time. Tests were conducted at various temperatures ($20{\sim}700^{\circ}C$) for concretes made with W/B ratios 46%, 32% and 25%. Test results showed that the relative values of compressive strength and elastic modulus decreased with increasing compressive strength grade of specimen and the axial strain at peak stress were influenced by the load before heating. Thermal strain of concrete at high temperature was affected by the preload level as well as the compressive strength. Finally, model equation for compressive strength and elastic modulus of heated high strength concrete proposed by result of this study.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.35-42
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2008
In the nuclear power plant, early detection of fatigue crack by non-destructive test (NDT) equipment due to the thermal cyclic load is very important in terms of strict safety regulation. To this end, many efforts are exerted to the fabrication of artificial cracked specimen for practicing engineers in the NDT company. The crack of this kind, however, cannot be made by conventional machining, but should be made under thermal cyclic load that is close to the in-situ condition, which takes tremendous time due to the repetition. In this study, thermal loading condition is investigated to minimize the time for fabricating the cracked specimen using simulation technique which predicts the crack initiation and propagation behavior. Simulation and experiment are conducted under an initial assumed condition for validation purpose. A number of simulations are conducted next under a variety of heating and cooling conditions, from which the best solution to achieve minimum time for crack with wanted size is found. In the simulation, general purpose software ANSYS is used for the stress analysis, MATLAB is used to compute crack initiation life, and ZENCRACK, which is special purpose software for crack growth prediction, is used to compute crack propagation life. As a result of the study, the time for the crack to reach the size of 1mm is predicted from the 418 hours at the initial condition to the 319 hours at the optimum condition, which is about 24% reduction.
Conventional carbon mild steel is a type of steel known for its low carbon content and generally used in the construction industry. Its easily formable and weldable properties make this steel a widely preferred material for buildings, bridges and various construction projects. Other advantages of these steels are their low cost and good mechanical properties. However, high temperatures have an impact on the microstructure and mechanical characteristics of these materials. When high temperatures are present during a fire, steels show significant microstructural changes. Elevated temperatures often decrease the mechanical characteristics of steels. For this purpose, evaluating the post-fire behavior of conventional structural mild steel is an important issue in terms of safety. A combined experimental and parametric study was conducted to estimate fire damage to steel buildings, which is an important issue in the construction field. Tensile test coupons were cut from conventional structural S235JR mild steel sheets with thicknesses ranging from 6 mm to 12 mm. These samples were exposed to temperatures as high as 1200 ℃. After heat treatment, the specimens were allowed to naturally cool to ambient temperature using air cooling before being tested. A tensile test was performed on these coupons to evaluate their mechanical properties after fire, such as their elastic modulus, yield strength, and ultimate tensile strength. The mechanical behavior of conventional S235JR structural steel changed significantly when the heating temperature reached 600℃. The thickness of the steel had a negligible effect on yield strength loss, with the highest measured loss being 50% for 8 mm thickness at 1200℃. For thinner sections (6 mm), yield strength decreased by up to 40%, while thicker samples (12 mm) showed similar reductions. Ultimate tensile strength also showed minimal changes up to 600℃, but beyond this point, a notable decline occurred, with approximately 30% strength loss at 1200℃. The modulus of elasticity remained almost constant up to 800℃, but at 1200℃, the loss reached around 20% for thicker sections (10 mm and 12 mm) and up to 35% for thinner sections (6 mm and 8 mm). Overall, high temperatures led to significant deterioration in both yield and ultimate strength, with a general loss of load-bearing capacity above 600℃. A new equation was formulated from experimental results to predict changes in the mechanical properties of S235JR steels. This equation offers a precise evaluation of buildings made from conventional structural S235JR mild steel after fire exposure. Furthermore, the empirical equation is applicable to low-strength steels with yield strengths ranging from 235 MPa to 420 MPa.
Park, Sangwoo;Kim, Byeongyeon;Sung, Chihun;Choi, Hangseok
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.2
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pp.361-375
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2015
An energy pile is one of the novel ground heat exchangers (GHEX's) that is a economical alternative to the conventional closed-loop vertical GHEX. The combined system of both a structural foundation and a GHEX contains a heat exchange pipe inside the pile foundation and allows a working fluid circulating through the pipe, inducing heat exchange with the ground formation. In this paper, a group of energy piles equipped with parallel U-type (5, 8 and 10 pairs) heat exchange pipes was constructed in a test-bed by fabricating in large-diameter cast-in-place concrete piles. In addition, a closed-loop vertical GHEX with 30m depth was constructed nearby to conduct in-situ thermal response tests (TRTs) and to compare with the thermal performance of the cast-in-place energy piles. A series of thermal performance tests was carried out with application of an artificial cooling and heating load to evaluate the heat exchange rate of energy piles. The applicability of cast-in-place energy piles was evaluated by comparing the relative heat exchange efficiency and heat exchange rate with preceding studies. Finally, it is concluded that the cast-in-place energy piles constructed in the test-bed demonstrate effective and stable thermal performance compared with the other types of GHEX.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.19
no.6
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pp.539-547
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2019
Recently, the international community signed a climate change agreement to prevent global warming. Yet currently, the fossil fuels have been widely used in to supply building energy for cooling and heating. The Green Building certification (G-SEED), an energy efficiency rating for new or existing buildings requires that buildings meet certain conditions. Insulation is used as a building material to reduce the energy supply to buildings and to improve the thermal insulation, and it accounts for more than 90% of the total heat resistance provided by the building surface components that meet the energy-saving design standards of new buildings. In this investigation, a performance evaluation study was conducted through an experimental study by directly extracting the foam polystyrene insulation on-site during the remodeling of a building that was in the range of 22~38 years old. Through tests, it was found that the thermal conductivity of the extrusion method insulation (XPS) was reduced by 48% and the compressive strength of XPS decreased by 36% compared to KS M 3808, which is the initial quality standard. For bead method insulation (EPS) with a thickness of 50mm, the thermal conductivity, the compressive strength, and flexural failure load were similar to the initial quality standard. Therefore, in the calculation of the primary energy requirement per unit area per year, the performance of bead method insulation can be estimated simply by considering the thickness of the insulation, while a correction factor that considers its performance deterioration should be applied when extrusion method insulation is used.
Domestic facility agriculture grows rapidly, such as modernization and large-scale. And the production scale increases significantly compared to the area, accounting for about 60% of the total agricultural production. Greenhouses require energy input to create an appropriate environment for stable mass production throughout the year, but the energy load per unit area is large because of low insulation properties. Through the rooftop greenhouse, one of the types of urban agriculture, energy that is not discarded or utilized in the building can be used in the rooftop greenhouse. And the cooling and heating load of the building can be reduced through optimal greenhouse operation. Dynamic energy analysis for various environmental conditions should be preceded for efficient operation of rooftop greenhouses, and about 40% of the solar energy introduced in the greenhouse is energy exchange for crops, so it should be considered essential. A major analysis is needed for each sensible heat and latent heat load by leaf surface temperature and evapotranspiration, dominant in energy flow. Therefore, an experiment was conducted in a rooftop greenhouse located at the Korea Institute of Machinery and Materials to analyze the energy exchange according to the growth stage of crops. A micro-meteorological and nutrient solution environment and growth survey were conducted around the crops. Finally, a regression model of leaf temperature and evapotranspiration according to the growth stage of leafy vegetables was developed, and using this, the dynamic energy model of the rooftop greenhouse considering heat transfer between crops and the surrounding air can be analyzed.
Recently, a closed-type plant factory has been receiving attention as a advanced agricultural method. It has diverse advantages such as climate-independence, high productivity and stable year-round production. However, high energy cost caused by environmental control system is considered as a challenges of a closed-type plant factory. In order to reduce the energy cost, investigation about energy load which is directly connected to energy consumption needs to be conducted. In this study, energy load changes of a plant factory have been analytically analyzed according to the environmental changes. The target plant factory was a lettuce growing container farm. Firstly, the impact of photoperiod, set temperature and relative humidity change were examined. Under the climate condition of Daejeon in South Korea, increase of photoperiod and set temperature rose a yearly energy demand of a container farm. However, increase of set relative humidity decreased a yearly energy demand. Secondly, the climate environment effect was compared by investigating the energy demand under 9 different climate conditions. As a result, the difference between maximum and minimum value of the yearly energy demand showed 21.7%. Lastly, sensitivity analysis of each parameter (photoperiod, set temperature and relative humidity) has been suggested under 3 different climate conditions. The ratio of heating and cooling demand was varied depending on the climate, so the effect of each parameter became different.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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