Mansour, Walid;Sakr, Mohammed A.;Seleemah, Ayman A.;Tayeh, Bassam A.;Khalifa, Tarek M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.3
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pp.305-316
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2022
Externally bonded ultrahigh performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) is commonly used as a strengthening material for reinforced concrete (RC) structures. This study reports the results of an experimental program investigating the bonding behavior between concrete and prefabricated UHPFRC plates. The overall experimental program is consisting of five RC specimens, which are strengthened using the different lengths and widths of prefabricated UHPFRC plates. These specimens were analyzed using the pull-pull double-shear test. The performance of each strengthened specimen is presented, discussed and compared in terms of failure mode, maximum load, load-slip relationship, fracture energy and strain distribution. Specimen C-25-160-300 which bonded along the whole width of 160 mm recorded the highest maximum load (109.2 kN) among all the analysed specimens. Moreover, a 3D numerical finite element model (FEM) is proposed to simulate the bond behavior between concrete and UHPFRC plates. Moreover, this study reviews the analytical models that can predict the relationship between the maximum bond stress and slip for strengthened concrete elements. The proposed FEM is verified against the experimental program and then used to test 36 RC specimens strengthened with prefabricated UHPFRC plates with different concrete grades and UHPFRC plate widths. The obtained results together with the review of analytical models helped in the formation of a design equation for estimating the bond stress between concrete and prefabricated UHPFRC plates.
Khan, Fasih A.;Khan, Sajjad W.;Shahzada, Khan;Ahmad, Naveed;Rizwan, Muhammad;Fahim, Muhammad;Rashid, Muhammad
Earthquakes and Structures
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v.23
no.1
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pp.23-34
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2022
This paper presents experimental studies on reinforced concrete moment resisting frames that have engineered cementitious composite (ECC) in plastic hinge length (PHL) of beam/column members and beam-column joints. A two-story frame structure reduced by a 1:3 scale was further tested through a shake-table (seismic simulator) using multiple levels of simulated earthquake motions. One model conformed to all the ACI-318 requirements for IMRF, whereas the second model used lower-strength concrete in the beam/column members outside PHL. The acceleration time history of the 1994 Northridge earthquake was selected and scaled to multiple levels for shake-table testing. This study reports the observed damage mechanism, lateral strength-displacement capacity curve, and the computed response parameters for each model. The tests verified that nonlinearity remained confined to beam/column ends, i.e., member joint interface. Calculated response modification factors were 11.6 and 9.6 for the code-conforming and concrete strength deficient models. Results show that the RC-ECC frame's performance in design-based and maximum considered earthquakes; without exceeding maximum permissible drift under design-base earthquake motions and not triggering any unstable mode of damage/failure under maximum considered earthquakes. This research also indicates that the introduction of ECC in PHL of the beam/column members' detailing may be relaxed for the IMRF structures.
CSPACE (Core meltdown, Safety and Performance Analysis CodE for nuclear power plants) for a simulation of severe accident progression in a Pressurized Water Reactor (PWR) is developed by coupling of verified system thermal hydraulic code of SPACE (Safety and Performance Analysis CodE for nuclear power plants) and core damage progression code of COMPASS (Core Meltdown Progression Accident Simulation Software). SPACE is responsible for the description of fluid state in nuclear system nodes, while COMPASS is responsible for the prediction of thermal and mechanical responses of core fuels and reactor vessel heat structures. New heat transfer models to each phase of the fluid, flow blockage, corium behavior in the lower head are added to COMPASS. Then, an interface module for the data transfer between two codes was developed to enable coupling. An implicit coupling scheme of wall heat transfer was applied to prevent fluid temperature oscillation. To validate the performance of newly developed code CSPACE, we analyzed typical severe accident scenarios for OPR1000 (Optimized Power Reactor 1000), which were initiated from large break loss of coolant accident, small break loss of coolant accident, and station black out accident. The results including thermal hydraulic behavior of RCS, core damage progression, hydrogen generation, corium behavior in the lower head, reactor vessel failure were reasonable and consistent. We demonstrate that CSPACE provides a good platform for the prediction of severe accident progression by detailed review of analysis results and a qualitative comparison with the results of previous MELCOR analysis.
El-Kholy, Ahmed M.;Osman, Ahmed O.;EL-Sayed, Alaa A.
Computers and Concrete
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v.29
no.4
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pp.219-235
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2022
Strengthening slender reinforced concrete (RC) columns is a challenge. They are susceptible to overall buckling that induces bending moment and axial compression. This study presents the precise three-dimensional finite element modeling of slender RC columns strengthened with fiber-reinforced polymer (FRP) composites sheets with various patterns under concentric or eccentric compression. The slenderness ratio λ (height/width ratio) of the studied columns ranged from 15 to 35. First, to determine the optimal modeling procedure, nine alternative nonlinear finite element models were presented to simulate the experimental behavior of seven FRP-strengthened slender RC columns under eccentric compression. The models simulated concrete behavior under compression and tension, FRP laminate sheets with different fiber orientations, crack propagation, FRP-concrete interface, and eccentric compression. Then, the validated modeling procedure was applied to simulate 58 FRP-strengthened slender RC columns under compression with minor eccentricity to represent the inevitable geometric imperfections. The simulated columns showed two cross sections (square and rectangular), variable λ values (15, 22, and 35), and four strengthening patterns for FRP sheet layers (hoop H, longitudinal L, partial longitudinal Lw, and longitudinal coupled with hoop LH). For λ=15-22, pattern L showed the highest strengthening effectiveness, pattern Lw showed brittle failure, steel reinforcement bars exhibited compressive yielding, ties exhibited tensile yielding, and concrete failed under compression. For λ>22, pattern Lw outperformed pattern L in terms of the strengthening effectiveness relative to equivalent weight of FRP layers, steel reinforcement bars exhibited crossover tensile strain, and concrete failed under tension. Patterns H and LH (compared with pattern L) showed minor strengthening effectiveness.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.45
no.4
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pp.150-156
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2022
As the 4th industrial revolution emerges, the implementation of smart factories are essential in the manufacturing industry. However, 80% of small and medium-sized enterprises that have introduced smart factories remain at the basic level. In addition, in root industries such as injection molding, PLC and HMI software are used to implement functions that simply show operation data aggregated by facilities in real time. This has limitations for managers to make decisions related to product production other than viewing data. This study presents a method for upgrading the level of smart factories to suit the reality of small and medium-sized enterprises. By monitoring the data collected from the facility, it is possible to determine whether there is an abnormal situation by proposing an appropriate algorithm for meaningful decision-making, and an alarm sounds when the process is out of control. In this study, the function of HMI has been expanded to check the failure frequency rate, facility time operation rate, average time between failures, and average time between failures based on facility operation signals. For the injection molding industry, an HMI prototype including the extended function proposed in this study was implemented. This is expected to provide a foundation for SMEs that do not have sufficient IT capabilities to advance to the middle level of smart factories without making large investments.
Background: Massive rotator cuff tears (RCTs) are complicated by muscle atrophy, fibrosis, and intramuscular fatty degeneration, which are associated with postoperative tendon-to-bone healing failure and poor clinical outcomes. We evaluated muscle and enthesis changes in large tears with or without suprascapular nerve (SN) injury in a rat model. Methods: Sixty-two adult Sprague-Dawley rats were divided into SN injury (+) and SN injury (-) groups (n=31 each), comprising tendon (supraspinatus [SSP]/infraspinatus [ISP]) and nerve resection and tendon resection only cases, respectively. Muscle weight measurement, histological evaluation, and biomechanical testing were performed 4, 8, and 12 weeks postoperatively. Ultrastructural analysis with block face imaging was performed 8 weeks postoperatively. Results: SSP/ISP muscles in the SN injury (+) group appeared atrophic, with increased fatty tissue and decreased muscle weight, compared to those in the control and SN injury (-) groups. Immunoreactivity was only positive in the SN injury (+) group. Myofibril arrangement irregularity and mitochondrial swelling severity, along with number of fatty cells, were higher in the SN injury (+) group than in the SN injury (-) group. The bone-tendon junction enthesis was firm in the SN injury (-) group; this was atrophic and thinner in the SN injury (+) group, with decreased cell density and immature fibrocartilage. Mechanically, the tendon-bone insertion was significantly weaker in the SN injury (+) group than in the control and SN injury (+) groups. Conclusions: In clinical settings, SN injury may cause severe fatty changes and inhibition of postoperative tendon healing in large RCTs. Level of evidence: Level Basic research, controlled laboratory study.
To evaluate and investigate the aging characteristics and the structural service lifetime of the CFV(carbon fiber pressure vessel), natural aging tests were carried out using the CFVs, which had been placed and aged at outdoor and indoor laboratories for 10 and 15 years, respectively. To obtain the probabilistic characteristics of ageing characteristics in aged CFVs, inner pressure loading test was conducted with ring specimens taken from aged CFVs. And, to observe the interface morphology of aged CFVs, the micro-photographs were taken by SEM microscope and the fractured interfaces between the carbon fiber and the matrix resin were scrutinized. Based on the Weibull parameters of the tensile failure strain of aged CFVs, the degradation of the 10 and the 15 year aged CFV occur by 19% and 23%, respectively, and the effect of the placement, whether being placed inside the laboratory or not, is not so significant. However, the outer layer protection, such as painting, is found very advantageous to prevent CFV from aging.
Displacement is an important element for evaluating the stability and failure mechanism of hydraulic structures. Digital image correlation (DIC) is a useful technique to measure a three-dimensional displacement field using two cameras without any contact with test material. The objective of this study is to evaluate the behavior of stacked geotextile tubes using the DIC technique. Geotextile tubes are stacked to build a small-scale temporary dam model to exclude water from a specific area. The horizontal and vertical displacements of four stacked geotextile tubes are monitored using a dual camera system according to the upstream water level. The geotextile tubes are prepared with two different fill materials. For each dam model, the interface layers between upper and lower geotextile tubes are either unreinforced or reinforced with a cementitious binder. The displacement of stacked geotextile tubes is measured to analyze the behavior of geotextile tubes. Experimental results show that as upstream water level increases, horizontal and vertical displacements at each layer of geotextile tubes initially increase with water level, and then remain almost constant until the subsequent water level. The displacement of stacked geotextile tubes depends on the type of fill material and interfacial reinforcement with a cementitious binder. Thus, the proposed DIC technique can be effectively used to evaluate the behavior of a hydraulic structure, which consists of geotextile tubes.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.1
s.53
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pp.69-77
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2009
An underwater structure is made to put with serious damage state by special environmental factors. If this damage phenomena persist, as for the structure, it is generated a structural serious problem because of the corrosion of a reinforcing bar and the loss of the concrete cut end. Repair work of an underwater structure is very harder than repair work in land, and it is actual that certification about a maintenance effect is uncertain. And the existing repair method is applied to a structure damaged with you without verification of a repair effect by a foreign reward and experience. In this study, a repair method about an underwater structure was proposed and observed a behavior characteristic and interface failure of an specimens. and comparison analyzed an effect of a proposed maintenance method.
Objective: The present study was aimed at an analytical formulation of the micro-implant related torque as a function of implant size, i.e. the diameter and length, screw size, and the bony resistance at the implant to bone interface. Methods: The resistance at the implant to cancellous bone interface $(S_{can})$ was assumed to be in the range of 1.0-2.5 MPa. Micro-implant model of Absoanchor (Dentos Inc. Daegu, Korea) was used in the course of the analysis. Results: The results showed that the torque was a strong function of diameter, length, and the screw height. As the diameter increased and as the screw size decreased, the torque index decreased. However the strength index was a different function of the implant and bone factors. The whole Absoanchor implant models were within the safe region when the resistance at the implant/cancellous bone $(=S_{can})$ was 1.0 or less. Conclusion: For bone with $S_{can}$ of 1.5 MPa, the cervical diameter should be greater than 1.5 mm if micro-implant models of 12 mm long are to be placed. For $S_{can}$ of 2.0 MPa, micro-implant models of larger cervical diameter than 1.5 mm were found to be safe only if the endosseous length was less than 8 mm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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