Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.6
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pp.109-117
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2003
Traditional nonlinear static and dynamic analyses do not accurately estimate the energy dissipation capacity of reinforced concrete structure. Recently, simple equations which can accurately calculate the energy dissipation capacity of flexure-dominated RC members, were developed in the companion study. In the present study, nonlinear static and dynamic analytical methods improved using the energy-evaluation method were developed. For nonlinear static analysis, the Capacity Spectrum Method was improved by using the energy-spectrum curve newly developed. For nonlinear dynamic analysis, a simplified energy-based cyclic model of reinforced concrete member was developed. Unlike the existing cyclic models which are the stiffness-based models, the proposed cyclic model can accurately estimate the energy dissipating during complete load-cycles. The procedure of the proposed methods was established and the computer program incorporating the analytical method was developed. The proposed analytical methods can estimate accurately the energy dissipation capacity varying with the design parameters such as shape of cross-section, reinforcement ratio and arrangement, and can address the effect of the energy dissipation capacity on the structural performance under earthquake load.
The inclusion of a ductile steel bracing as means of repairing an earthquake-damaged bridge bent is evaluated and experimentally assessed for the purposes of restoring the damaged bent's strength and stiffness and further improving the energy dissipation capacity. The study is focused on substandard reinforced concrete multi-column bridge bents constructed in the 1950 to mid-1970 in the United States. These types of bents have numerous deficiencies making them susceptible to seismic damage. Large-scale experiments were used on a two-column reinforced concrete bent to impose considerable damage of the bent through increasing amplitude cyclic deformations. The damaged bent was then repaired by installing a ductile fuse steel brace in the form of a buckling-restrained brace in a diagonal configuration between the columns and using post-tensioned rods to strengthen the cap beam. The brace was secured to the bent using steel gusset plate brackets and post-installed adhesive anchors. The repaired bent was then subjected to increasing amplitude cyclic deformations to reassess the bent performance. A subassemblage test of a nominally identical steel brace was also conducted in an effort to quantify and isolate the ductile fuse behavior. The experimental data from these large-scale experiments were analyzed in terms of the hysteretic response, observed damage, internal member loads, as well as the overall stiffness and energy dissipation characteristics. The results of this study demonstrated the effectiveness of utilizing ductile steel bracing for restoring the bent and preventing further damage to the columns and cap beams while also improving the stiffness and energy dissipation characteristics.
The current architectural design of unit modular has been based on 2D of CAD program, so unit modular character which needs unit information management, as a dried-member system, has no effect on design process. The purpose of this study is We have developed a suitable BIM design process, according to various works of construction, then tried to contribute to supply and activation of the urban-life-housing based on unit modular. The BIM modeling process based on unit modular has been in order of unit combination with preparing manual classification, and, it has been constructed, at construction site, from housing foundation to roof finish by Bottom-up method. At a manufacturing factory, it has been produced in order of 1) grouping materials and parts, 2) fabricating unit boxes, and 3) interference examination of unit boxes, and each order has been classified as housing structure, architecture, plumbing process separately. At a construction site, the fabrication has been done in order of, like as a real housing construction scenario, 1) RC foundation work 2) unit module job-site-fabrication work, 3) roof truss work, 4) plumbing and HVAC work, and 5) housing interior finish work. After modeling process, the interference examination on each work of construction has finally completed modeling. The Unit modular utilizing BIM modeling can make easy housing maintenance through systematic control with preparing manual of unit module information, and securing accurate and speedy construction information. And it will promote design credibility and create maximum effect of unit modular construction method, such as construction period reduction and upgrade of construction quality, etc., through the computer simulation as real as construction environment in cyber space, and with the interfering examination.
The Self Compacting Concrete, SCC is the new generation type of concrete which is not needed to be compacted by vibrator and it will be compacted by its own weight. Since SCC is a new innovation and also the high strength self compacting concrete, HSSCC behavior is like a brittle material, therefore, understanding the strength effect on the serviceability performance of reinforced self compacting concretes is critical. For this aim, first the normal and high strength self compacting concrete, NSSCC and HSSCC was designed. Then, the serviceability performance of reinforced connections consisting of NSSCC and HSSCC were investigated. Twelve reinforced concrete connections (L = 3 m, b = 0.15 m, h = 0.3 m) were simulated, by this concretes, the maximum and minimum reinforcement ratios ${\rho}$ and ${\rho}^{\prime}$ (percentage of tensile and compressive steel reinforcement) are in accordance with the provision of the ACI-05 for conventional RC structures. This study was limited to the case of bending without axial load, utilizing simple connections loaded at mid span through a stub (b = 0.15 m, h = 0.3 m, L = 0.3 m) to simulate a beam-column connection. During the test, concrete and steel strains, deflections and crack widths were measured at different locations along each member. Based on the experimental readings and observations, the cracked moment of inertia ($I_{cr}$) of members was determined and the results were compared with some selective theoretical methods. Also, the flexural crack widths of the members were measured and the applicability for conventional vibrated concrete, as for ACI, BS and CSA code, was verified for SCCs members tested. A comparison between two Codes (ACI and CSA) for the theoretical values cracking moment is indicate that, irrespective of the concrete strength, for the specimens reported, the prediction values of two codes are almost equale. The experimental cracked moment of inertia $(I_{cr})_{\exp}$ is lower than its theoretical $(I_{cr})_{th}$ values, and therefore theoretically it is overestimated. Also, a general conclusion is that, by increasing the percentage of ${\rho}$, the value of $I_{cr}$ is increased.
Existing microplane models for concrete use three-dimensional spherical microplanes in the analysis of two-dimensional planar members as well as three-dimensional members. Also, they do not accurately describe the post-cracking behavior of reinforced concrete in tension-compression. In this study, a new microplane model is developed to overcome the disadvantages of the existing models. Instead of the spherical microplanes, the proposed microplane model uses disk microplanes involving a less number of microplanes and two-dimensional stresses and strains. As the result, the proposed model is more effective in numerical calculations. Also, the concept of the strain boundary is introduced to describe accurately the compressive behavior of reinforced concrete with tensile cracks in tension-compression. The validity of the proposed model is verified by comparison with existing experiments. In this paper, the microplane model and the numerical techniques involved in the finite element analysis are described in detail.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.6
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pp.1-8
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2018
The object of this paper is to find the characteristics of fire proof materials through an analytical method and to suggest a proper approach for fire-proof design of reinforced concrete beam strengthened with fiber reinforced polymer (FRP). Heating tests for fire-proof materials were conducted and the thermal conductivities and specific heats of them were simulated through finite element analyses. In addition, a finite element analysis on the beam specimen strengthened with FRP under high temperature, which was conducted by previous researchers, was performed and the analytical result was compared with test result. And then the compatibility of the analytical approach was evaluated. Finally, the heat resistance characteristic of RC beam strengthened with FRP was analyzed by the proposed analytical method and the strength decrease of the beam due to the high temperature was evaluated. From the comparison with analytical and test result, it was found that the heat transfer from outside to inside through the fire-proof materials can be suitably simulated by using the proposed analytical approach.
In order to obtain high bearing capacity and good ductility simultaneously, a structural column with hybrid normal and high strength steel (HNHSS) welded box section has been developed. Residual stress is an important factor that can influence the behaviour of a structural member in steel structures. Accordingly, the magnitudes and distributions of residual stresses in HNHSS welded box sections were investigated experimentally using the sectioning method. In this study, the following four box sections were tested: one normal strength steel (NSS) section, one high strength steel (HSS) section, and two HNHSS sections. Based on the experimental data from previous studies and the test results of this study, the effects of the width-to-thickness ratio of plate, yield strength of plate, and the plate thickness of the residual stresses of welded box sections were investigated in detail. A unified residual stress model for NSS, HSS and HNHSS welded box sections was proposed, and the corresponding simplified prediction equations for the maximum tensile residual stress ratio (${\sigma}_{rt}/f_y$) and average compressive residual stress ratio (${\sigma}_{rc}/f_y$) in the model were quantitatively established. The predicted magnitudes and distributions of residual stresses for four tested sections in this study by using the proposed residual stress model were compared with the experimental results, and the feasibility of this proposed model was shown to be in good agreement.
Choi, Ji Hun;Choi, Seung Jai;Yang, Dal Hun;Kim, Jang-Ho Jay
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.3
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pp.369-380
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2019
When a extreme loading such as blast is applied to prestressed concrete (PSC) structures and infrastructures for an instantaneous time, serious property damages and human casualties occur. However, a existing design procedure for PSC structures such as prestressed containment vessel (PCCV) and gas storage tank do not consider a protective design for extreme internal blast scenario. Particularly, an internal blast is much more dangerous than that of external blast. Therefore, verification of the internal blast loading is required. In this paper, the internal blast resistance capacity of PSC member is evaluated by performing internal blast tests on RC and bi-directional PSC scaled down specimens. The applied internal blast loads were 22.68, 27.22, and 31.75 kg (50, 60, and 70 lbs) ANFO explosive charge at 1,000 mm standoff distance. The data acquisitions include blast pressure, deflection, strain, crack patterns, and prestressing force. The test results showed that it is possible to predict the damage area to the structure when internal blast loading occurs in PCCV structures.
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.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.22
no.4
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pp.337-345
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2022
The foundation of high-rise concrete building in coastal areas generally must be installed in an integrated manner, not separately, in order to prevent defects caused by stress on the upper and lower parts of the mounting surface and to manage the process smoothly. However, when performing integrated punching, there is a concern that temperature stress cracks may occur due to hydration heat. Due to the large member size, it is difficult to make a sufficient commitment, so it is necessary to mix concrete with high self-charging properties to ensure workability. In this research, the amount of high-performance spray and admixture used was adjusted as experimental variables to satisfy this required performance. Through the analysis of the results for each blending variable, it was found that the unit quantity was 155kg/m3 and the cement ratio in the binder was 18%, and the target values of the pre-concrete properties and compressive strength were satisfied. A four-component binder(18% cement, 50% slag fine powder, 27% fly ash, 5% silica fume) was used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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