Concrete undergoing early frost damage in cold weather will experience significant loss of not only strength, but also of permeability and durability. Accordingly, concrete codes like ACI-306R prescribe a minimum compressive strength and duration of curing to prevent frost damage at an early age and secure the quality of concrete. Such minimum compressive strength and duration of curing are mostly defined based on the strength development of concrete. However, concrete subjected to frost damage at early age may not show a consistent relationship between its strength and durability. Especially, since durability of concrete is of utmost importance in nuclear power plant structures, this relationship should be imperatively clarified. Therefore, this study verifies the feasibility of the minimum compressive strength specified in the codes like ACI-306R by evaluating the strength development and the durability preventing the frost damage of early age concrete for nuclear power plant. The results indicate that the value of 5 MPa specified by the concrete standards like ACI-306R as the minimum compressive strength to prevent the early frost damage is reasonable in terms of the strength development, but seems to be inappropriate in the viewpoint of the resistance to chloride ion penetration and freeze-thaw. Consequently, it is recommended to propose a minimum compressive strength preventing early frost damage in terms of not only the strength development, but also in terms of the durability to secure the quality of concrete for nuclear power plants in cold climates.
Ships in bad weather conditions are likely to be subjected to accidental loads, such as high bending moment, collision, and grounding. Once she has damage to her hull, her ultimate strength will be reduced. This paper discusses an investigation of the effect of collision damage on the ultimate strength of a ship structure by performing a series of collapse tests. For the experiment, five box-girder models with stiffeners were prepared with a cross section of $720mm\;{\times}\;720mm$ and a length of 900mm. Of the five, one had no damage and four had an ellipse shaped damage area that represented the shape of the bulbous bow of a colliding ship. The amount of damage size was different between models. Among the damaged models, the damage in three of them was made by cutting the plate and stiffener, and in one by pressing to represent collision damage. Experiments were carried out under a pure bending load and the applied load and displacements were recorded. The ultimate strength was reduced as the damage size increased, as expected. The one with the largest amount of damage had damage to 30% of the depth, and its ultimate strength was reduced by 19% compared to the undamaged one. The pressed one has higher ultimate strength than those that were cut. This might be due to the fact that the plate around the pressed damage area contributes to the ultimate strength, whereas the cut one has no plate to contribute.
A damage analysis simulator, which is applicable for evaluating the residual strength of damaged ship, was developed in this paper. For this process, CDM (Continuum Damage Mechanics) approach has been implemented to the simulator by virtue of the numerical technique for evaluation of crack initiation and/or enlargement. A damage calculation program has been linked with a commercial finite element analysis code (NASTRAN) and a ultimate strength evaluation program (LSAP) in order to assess residual strength of damaged ship. As a results of series calculation for the frigate model, giving the quantitative structural damage to the ultimate strength evaluation, a residual strength with damage is predicted to be at least 70 percentage lower than the case of intact condition. It was found that the proposed technique can be used as a design support tool in the field of simulation based ship design.
This paper investigated the damage transition mechanism between the fiber-breaking mode and the fiber-avoiding crack mode when the fiber-length is reduced in the unidirectional discontinuous carbon fiber-reinforced-plastics (CFRP) composites. The critical fiber-length for the transition is a key parameter for the manufacturing of flexible and high-strength CFRP composites with thermoset resin, because below this limit, we cannot take full advantage of the superior strength properties of fibers. For this discussion, we presented a numerical model for the microscopic damage and fracture of unidirectional discontinuous fiber-reinforced plastics. The model addressed the microscopic damage generated in these composites; the matrix crack with continuum damage mechanics model and the fiber breakage with the Weibull model for fiber strengths. With this numerical model, the damage transition behavior was discussed when the fiber length was varied. The comparison revealed that the length of discontinuous fibers in composites influences the formation and growth of the cluster of fiber-end damage, which causes the damage mode transition. Since the composite strength is significantly reduced below the critical fiber-length for the transition to fiber-avoiding crack mode, we should understand the damage mode transition appropriately with the analysis on the cluster growth of fiber-end damage.
Bairrao, Rogerio;Kacianauskas, Rimantas;Kliukas, Romualdas
Structural Engineering and Mechanics
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제19권5호
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pp.581-602
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2005
In this paper the accumulation of local damage during the cyclic loading in reinforced high-strength concrete columns is experimentally investigated. Two identical column specimens with annular cross-section and spiral reinforcement were designed and two tests, up to failure, under the action of a constant vertical concentrated force and a time-dependent concentrated horizontal force, were carried out at the LNEC shaking tables facility. Sine type signals, controlled in amplitude, frequency and time duration were used for these experiments. The concept of local damage based on local stiffness degradation is considered in detail and illustrated by experimental results. The specimens were designed and reinforced in such a way that the accumulation of damage was predicted by dominating deformations (cracking and crushing of the concrete) while the increasing of the loading values was a dominating factor of damage. It was observed that the local damage of HSC columns has exposed their anisotropic local behaviour. The damage accumulation was slightly different from the expected in accordance with the continuum damage concept, and a partial random character was observed.
Xue Zhang;Chunfeng Zhao;Lunhai Zhi;Rui Pang;Y.L. Mo
Nuclear Engineering and Technology
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제56권8호
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pp.3397-3404
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2024
The shield building of the AP1000 nuclear power plant serves as a crucial protective barrier against radioactive substances. However, past research indicates that structures are susceptible to experiencing aftershocks, which may lead to unforeseeable damage and potential radioactive material leakage. To address this issue, a finite element model of the shield building was established with the damage indexes of the tensile and compressive damage selected for further model analysis. According to the fundamental theory of reliability, the traditional incremental dynamic analysis method was used to analyze the seismic fragility of the shield building by inputting mainshock and aftershock sequences with three strength ratios. The results indicate that the seismic fragility of shield building may be underestimated without considering the influence of aftershocks and the damage state presents an upward tendency as the strength ratio increases. However, the cumulative damage caused by aftershocks is unlikely to exceed the initial damage induced by the corresponding mainshock. Overall, the aggravation of the compressive damage is less pronounced than the increase of the tensile damage as the strength ratio increases.
In this paper, a detail evaluation of ultimate strength of offshore unstiffened tubular members with bending and local denting damage which are subjected to combined axial force and bending moment and to component load is presented through theoretical and experimental approaches. Based upon the results obtained here, the damage effect on the ultimate strength of tubular member under combined loads and component load is investigated.
In this paper, a detail evaluation of ultimate strength of offshore unstiffened tubular members with bending and local denting damage which are subjected to combined axial force and bending moment and to component load is presented through theoretical and experimental approaches. Based upon the results obtained here, the damage effect on the ultimate strength of tubular member under combined loads and component load is investigated.
For steel-concrete girders made composite using shear studs, initial damage on studs induced by weld defect, unexpected overloading, fatigue and others might degrade the service performance and even threaten the structural safety. This paper conducted a numerical study to investigate the static behavior of damaged stud shear connectors that were embedded in ultra high performance concrete (UHPC). Parameters included damage degree and damage location. The material nonlinear behavior was characterized by multi-linear stress-strain relationship and damage plasticity model. The results indicated that the shear strength was not sensitive to the damage degree when the damage occurred at 2/3d (d is the stud diameter) from the stud root. An increased stud area would be engaged in resisting shear force as the distance of damage location from stud root increased and the failure section becomes inclined, resulting in a less reduction in the shear strength and shear stiffness. The reduction factor was proposed to consider the degradation of the shear strength of the damaged stud. The reduction factor can be calculated using two approaches: a linear relationship and a square relationship with the damage degree corresponding to the shear strength dominated by the section area and the nominal diameter of the damaged stud. It was found that the proposed method is preferred to predict the shear strength of a stud with initial damage.
The laminated sequence and thickness of a composite structure is an important design parameter which affect the strength and impact damage. In this study, it was investigated the residual strength of carbon fiber laminate after impact damage by the experimental investigation. The tensile strength test and compressive strength test were used to find the mechanical properties, previously. Impact test was performed using low-velocity drop-weight test equipment. The impact damages were finally assessed by the compressive strength test. The investigation results revealed the residual strength of the damaged specimens due to the impact damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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