There has been considerable research in recent times in light-timber med structures in fires. These structures have included horizontal (floor-like) panels in bending and walls under eccentric and approximately concentric vertical loading. It has been shown that compression properties are the most dominant mechanical properties in affecting structural response of these structures in fire. Compression properties have been obtained by various means as functions of one variable only, temperature. It has always been expected that compression properties would be significantly affected by moisture and stress, as well. However, these variables have been largely ignored to simplify the complex problem of predicting the response of light-timber framed structures in fire. Full-scale experiments on both the panels and walls have demonstrated the high level of significance of moisture and stress for a limited range of conditions. Described in this paper is an overview of these conditions and experiments undertaken to obtain compression properties as a functions of moisture, stress and temperature. The experiments limited temperatures to $20{\sim}100^{\circ}C$. At higher temperatures moisture vaporizes and moisture and stress are less significant. Described also is a creep model for wood at high temperatures.
Developed from conventional concrete filled steel tubular (CFST) members, concrete-encased CFST has attracted growing attention in building and bridge practices. In actual construction, the inner CFST is erected prior to the casting of the outer reinforced concrete part to support the construction preload, after which the whole composite member is under sustained service load. The complex loading sequence leads to highly nonlinear material interaction and consequently complicated structural performance. This paper studies the full-range behaviour of concrete-encased CFST columns with initial preload on inner CFST followed by sustained service load over the whole composite section. Validated against the reported data obtained from specifically designed tests, a finite element analysis model is developed to investigate the detailed structural behaviour in terms of ultimate strength, load distribution, material interaction and strain development. Parametric analysis is then carried out to evaluate the impact of significant factors on the structural behaviour of the composite columns. Finally, a simplified design method for estimating the sectional capacity of concrete-encased CFST is proposed, with the combined influences of construction preload and sustained service load being taken into account. The feasibility of the developed method is validated against both the test data and the simulation results.
This paper presents a combined numerical and theoretical study on the composite action between steel and concrete of circular steel tube confined concrete (STCC) stub columns under axial compressive loading with a full theoretical elasto-plastic model and finite element (FE) model in comparison with experimental results. Based on continuum mechanics, the elasto-plastic model for STCC stub columns was established and the analysis was realized by a FORTRAN program and the three dimensional FE model was developed using ABAQUS. The steel ratio of the circular STCC columns were defined in range of 0.5% to 2% to analyze the composite action between steel tube and concrete, and make a further study on the advantages of the circular STCC columns. By comparing the results using the elasto-plastic methods with the parametric analysis result of FE model, the appropriate friction coefficient between the steel tube and core concrete was defined as 0.4 to 0.6. Based on ultimate balance theory, the formula of ultimate load capacity applying to the circular STCC stub columns was developed.
Kim, Dong-Hyun;Yoon, Han-Ki;Kim, Sa-Wong;Kohyama, A.
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.13-18
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2004
The objective of this study is to investigate fracture toughness and fatigue crack propagation behavior in the Reduced Activation Ferritic Steel (RAFs) JLF-I. The fracture toughness tests were performed with various size(plane size and thickness) and various side groove of specimens. The fatigue crack propagation behavior of the JLF-I steel was investigated by the constant-amplitude loading test for the stress ratios R=O.I, 0.3 and 0.5 respectively. The effects of stress ratios and specimen size on the fatigue crack growth behaviors for JLF-I steel were discussed within the Paris law. The test results showed the standard CT specimen with the side groove of 40 % represented a valid fracture toughness. The fracture resistance curve increased with increasing plane size and decreased with increasing thickness. However, the fracture resistance curve of half size specimen was similar to that of the standard specimen. The fatigue crack propagation rate of a half size specimen was similar to that of a full size specimen at the stress ratios of 0.1, 0.3 and 0.5 respectively. The fatigue crack propagation behavior of this material were evaluated by using a half size specimen.
A finite element (FE) model for analyzing slender reinforced high-strength concrete (HSC) columns under biaxial eccentric loading is formulated in terms of the Euler-Bernoulli theory. The cross section of columns is divided into discrete concrete and reinforcing steel fibers so as to account for varied material properties over the section. The interaction between axial and bending fields is introduced in the FE formulation so as to take the large-displacement or P-delta effects into consideration. The proposed model aims to be simple, user-friendly, and capable of simulating the full-range inelastic behavior of reinforced HSC slender columns. The nonlinear model is calibrated against the experimental data for slender column specimens available in the technical literature. By using the proposed model, a numerical study is carried out on pin-ended slender HSC square columns under axial compression and biaxial bending, with investigation variables including the load eccentricity and eccentricity angle. The calibrated model is expected to provide a valuable tool for more efficiently designing HSC columns.
Kweon, Hyeong Do;Kim, Jin Weon;Song, Ohseop;Oh, Dongho
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.2
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pp.647-656
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2021
Knowing a material's true stress-strain curve is essential for performing a nonlinear finite element analysis to solve an elastoplastic problem. This study presents a simple methodology to determine the true stress-strain curve of type 304 and 316 austenitic stainless steels in the full range of strain from a typical tensile test. Before necking, the true stress and strain values are directly converted from engineering stress and strain data, respectively. After necking, a true stress-strain equation is determined by iteratively conducting finite element analysis using three pieces of information at the necking and the fracture points. The Hockett-Sherby equation is proposed as an optimal stress-strain model in a non-uniform deformation region. The application to the stainless steel under different temperatures and loading conditions verifies that the strain hardening behavior of the material is adequately described by the determined equation, and the estimated engineering stress-strain curves are in good agreement with those of experiments. The presented method is intrinsically simple to use and reduces iterations because it does not require much experimental effort and adopts the approach of determining the stress-strain equation instead of correcting the individual stress at each strain point.
This paper presents a numerical study on the performance of reinforced concrete (RC) bridge structures subjected to heavy goods vehicle (HGV) collision. The objectives of this study are to investigate the dynamic response and failure modes of different types of bridges under impact loading as well as to give an insight into the simplified methods for modeling bridge structures. For this purpose, detailed finite-element models of HGV and bridges are established and verified against the full-scale collision experiment and a recent traffic accident. An intensive parametric study with the consideration of vehicle weight, vehicle velocity, structural type, simplified methods for modeling bridges is conducted; then the failure mode, impact force, deformation and internal force distribution of the validated bridge models are discussed. It is observed that the structural type has a significant effect on the force-transferring mechanism, failure mode and dynamic response of bridge structures, thus it should be considered in the anti-impact design of bridge structures. The impact force of HGV is mainly determined by the impact weight, impact velocity and contact interface, rather than the simplification of the superstructure. Furthermore, to reduce the modeling and computing cost, it is suggested to utilize the simplified bridge model considering the inertial effect of the superstructure to evaluate the structural impact behavior within a reasonable precision range.
Steel corrosion induces structural deterioration of concrete-filled steel tubes (CFSTs), and any potential extreme action on a corroded CFST would pose a severe threat. This paper presents a comprehensive investigation on the lateral impact behaviour of CFSTs suffering from localised pitting corrosion damage. A refined finite element analysis model is developed for the simulation of locally corroded CFSTs subjected to lateral impact loads, which takes into account the strain rate effects on concrete and steel materials as well as the random nature of corrosion pits, i.e., the distribution patterns and the geometric characteristics. Full-range nonlinear analysis on the lateral impact behaviour in terms of loading and deforming time-history relations, nonlinear material stresses, composite actions, and energy dissipations are presented for CFSTs with no corrosion, uniform corrosion and pitting corrosion, respectively. Localised pitting corrosion is found to pose a more severe deterioration on the lateral impact behaviour of CFSTs due to the plastic deformation concentration, the weakened confinement and the reduction in energy absorption capacity of the steel tube. An extended parametric study is then carried out to identify the influence of the key parameters on the lateral impact behaviour of CFSTs with localised pitting corrosion. Finally, simplified design methods considering the features of pitting corrosion are proposed to predict the dynamic flexural capacity of locally pitted CFSTs subjected to lateral impact loads, and reasonable accuracy is obtained.
The applicability of headed bars in exterior beam-column joints under reversed cyclic loading was investigated. A total of ten pullout tests were first performed to examine pullout behavior of headed bars subjected to monotonic and cyclic loading with test variables such as connection type between head and bar stem (weld or no weld), loading methods (monotonic or cyclic loading), and head shape (small or large circular head and square head). Two full-scale beam-column joint tests were then performed to compare the structural behavior of exterior beam-column joints constructed using two different reinforcement details: i.e. $90^{\circ}$ standard hooks and headed bars. Both joints were designed following the recommendations of ACI-ASCE Committee 352 for Type 2 performance: i.e. the connection is required to dissipate energy through reversals of deformation into inelastic range. The pullout test results revealed that welded head to the stem did not necessarily result in increased pullout strength when compared to non-welded head. Relatively large circular head resulted in higher peak load than smaller circular and square head. Both beam-column joints with conventional $90^{\circ}$ hooks and headed bars behaved similarly in terms of crack development, hysteresis curves, and peak strengths. The joint using the headed bars showed better overall structural performance in terms of ductility, deformation capacity, and energy dissipation. These experimental results demonstrate that the headed bars using relatively small head can be properly designed far use in external beam-column joint.
Temperature distribution tests for a water cascading horizontal retort utilizing superheated water with overpressure as a heating medium were carried out under three different loading conditions, that is, empty(P-0), half-fully(P-3000) and fully(P-6000) loaded operating conditions. Tank volume and full loading capacity of sterilizer used for this study were about 5,900 liter and 1,140 kg(6000 pouches having 190 g weight each), respectively. Set point condition for sterilization was $122^{\circ}C$, 23 minutes and pressure was maintained in the range of $1.8{\sim}2.0\;kg/cm^2$ during sterilization. For each experiment, time-temperature data and F values were obtained from temperature microprocessor($F_0$ monitor). There were significant variations in the temperature distribution at different positions in the sterilizer. The temperature distribution was also affected by the pouch loading condition significantly. The application of the temperature distribution test to a product (retort pouched curry sauce) was conducted at the fully(P-6000) loading condition. Although heat transfer parameters($f_h\;and\;f_c$), and F values were varied with the position of sterilizer, sensory evaluation showed that the temperature distribution of the sterilizer used in this study didn't affect the quality of retorted curry sauce.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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