Interaction of lateral loading, combined with axial force needs to be determined with care in reinforced concrete (RC) one-dimensional structural members (1D SMs) such as beam-columns (BCs) and columns. RC 1D SMs under heavy axial loading are known to fail by brittle mode and small lateral displacements. In this paper, a macro element-based algorithm is proposed to analyze the RC 1D SMs under monotonic or cyclic combined loading. The 1D SMs are discretized into macro-elements (MEs) located between the critical sections and the inflection points. The critical sections are discretized into fixed rectangular finite elements (FRFE). The nonlinear behavior of confined and unconfined concretes and steel elements are considered in the proposed algorithm. The proposed algorithm has been validated by the results of experimental tests carried out on full-scale RC structural members. The evolution of ultimate strain at extreme compression fiber of a rectangular RC section for different orientations of lateral loading shows that the ultimate strain decreases with increasing the axial force. In the examined cases, this ultimate strain ranges from 0.0024 to 0.0038. Therefore, the 0.003 value given by ACI-318 code for ultimate strain, is not conservative and valid for the combined load cases with significant values of axial force (i.e. for the axial forces heavier than 70% of the ultimate axial force).
Spectroscopic evaluation of hair chemical damage was performed by SEM/EDS, CLSM, and FT-IR spectroscopy. In SEM/EDS, hydrogen peroxide treated hair showed the loose packing of surface scales, lower ratio of sulfur element and higher ratio of oxygen atom. In the optical single section by using CLSM, high fluorescent intensity appeared in untreated hair. However, in case of treated hair, low fluorescent intensity appeared. This results the aromatic amino acids which can be autofluorescent were more abundant than bleached hair. FT-IR spectra showed that cysteic acid band intensity was increased by performing the bleaching treatments. These results indicate that the oxidative damage cleaves the S-S bond and results in the lower working force of hair fiber.
This paper presents a simplified model to capture the nonlinear behavior of steel frames depending on the spread of plasticity method. New interaction formulae were derived to evaluate the plastic strength for I-shaped steel sections under uniaxial bending moment and axial compression load. Also, new empirical formulae were derived to evaluate the tangent stiffness modulus of steel I-shaped cross-sections considering the effect of the residual stresses suggested by the specifications in European Convention for Construction Steelworks (ECCS). The secant stiffness which depends on the tangent modulus is used to evaluate the internal forces. Based on stiffness matrix method, a finite element analysis program was developed for the nonlinear analysis of space steel frames using the derived formulae. Comparison between the proposed model results with those given by the fiber model shows very good agreement. Numerical examples were introduced to verify, check the accuracy, and evaluate the efficiency of the proposed model. The analysis results show that the new proposed model is accurate and able to minimize the solution time.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.5
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pp.77-85
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2020
In this study, the seismic fragility curve according to the boundary conditions is created for a two-pylon concrete cable-stayed bridge, and the effect of the boundary conditions on the seismic fragility of the target bridge is evaluated. An analysis model for the target bridge is constructed using Midas Civil, and a nonlinear time history analysis is performed by applying the fiber element, concrete and rebar material models. The boundary conditions between the pylon and the stiffened girder are classified into four types: rigid, unconstrained, pot bearing, and seismic isolation bearing, and the seismic fragility curves are created for each boundary condition. The plastic hinge section of the pylon, the connection part, and the cable are selected as weak members, and the earthquake vulnerability curve is created for them. As a result of the analysis, it is found that the seismic isolation bearing model shows the lowest damage probability in the pylon and the connection part, and the seismic fragility of the cable is less affected by the boundary conditions than other members.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.6
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pp.595-606
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2012
Utilization of fiber reinforced polymer(FRP) material has been increased to solve construction material problems such as corrosion, etc. However, there are still many problems in using a linear-shaped FRP material for a tunnel structure with curved section. In this study, the loading tests were performed on the curved FRP-concrete composite material to evaluate its behavior as tunnel support. These tests were based on the result from preliminary numerical analysis on FRP-concrete composite material. Also, additional numerical analysis considering interface characteristics between FRP and cement-concrete was conducted to compare the result of loading test on FRP-concrete composite material. From the results of the loading test and numerical analysis, the analysis method suggested from this study is reasonable to evaluate the mechanical behavior of FRP-concrete composite material.
The nonlinear finite element program has been developed to analyze the design performance of an artificial hip prosthesis and long term behavior of a treated femur with stems made of composite material after cementless total hip arthroplasty(THA). The authors developed the three dimentional FEM models of femoral bone with designed composite stem which was taken with elliptic cross section of 816 brick elements under hip contact load and muscle farce in simulating single leg stand. Using the program, density changes, stress distributions and micromotions of the material femoral bone were evaluated by changing fiber orientation of stems for selected manufacturing method such as plate cut and bend mold. The results showed that the composite materials such as AS4/PEEK and T300/976 gave less bone resorption than the metallic material such as cobalt chrome alloy, titanium alloy and stainless steal. It was found that increasing the long term stability of the prosthesis in the femur could be obtained by selecting the appropriate ply orientation and stacking sequence of composite.
Mohabeddine, Anis I.;Eshaghi, Cyrus;Correia, Jose A.F.O.;Castro, Jose M.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.447-456
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2022
Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.517-528
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2008
This paper presents a hysteretic damage model for reinforced concrete (RC) joints that explicitly accounts for the bond-slip between the reinforcing bars and the surrounding concrete. A frame element whose displacement fields for the concrete and the reinforcing bars are different to permit slip is developed. From the fiber section concept, compatibility equations for concrete, rebar, and bond are defined. Modification of the hysteretic stress-strain curve of steel is conducted for partial unloading and reloading conditions. Local bond stress-slip relations for monotonic loads are updated at each slip reversal according to the damage factor. The numerical applications of the reinforcing bar embedded in the confined concrete block, the RC column anchored in the foundation, and the RC beam-column subassemblage validate the model accuracy and show how including the effects of bond-slip leads to a good assessment of the amount of energy dissipation during loading histories.
Unseong Kim;Kyeongryeol Park;Seongmin Kang;Yong Seok Choi;Kyungeun Jeong;Soomin Lee;Kyungjun Lee
Tribology and Lubricants
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v.40
no.4
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pp.133-138
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2024
This study evaluates the structural safety of wind turbine blades, analyzes the behavior of composite laminate structures with and without defects, and assesses surface erosion wear. The NREL 5 MW standard is applied to assign accurate composite material properties to each blade section. Modeling and analysis of the wind turbine blades reveal stable behavior under individual load conditions (gravity, motor speed, wind speed), with the web bearing most of the load. Surface erosion wear analysis in which microparticle impacts are simulated on the blade coating shows a maximum stress and maximum displacement of 14 MPa and 0.02 mm, respectively, indicating good initial durability, but suggest potential long-term performance issues due to cumulative effects. The study examines defect effects on composite laminate structures to compare the stress distribution, strain, and stiffness characteristics between normal and cracked states. Although normal conditions exhibit stable behavior, crack defects lead to fiber breakage, high-stress concentration in the vulnerable resin layer, and decreased rigidity. This demonstrates that local defects can compromise the safety of the entire structure. The study utilizes finite element analysis to simulate various load scenarios and defect conditions. Results show that even minor defects can significantly alter stress distributions and potentially lead to catastrophic failure if left unaddressed. These findings provide valuable insights for wind turbine blade safety evaluations, surface protection strategies, and composite structure health management. The methodology and results can inform the design improvements, maintenance strategies, and defect detection techniques of the wind energy industry.
The two dimensional size effect of specimen gauge section ($length{\;}{\times}{\;}width$) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 $\textrm{[}45/-45/0/90\textrm{]}_{3s}$, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm{\;}and{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$ gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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