Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.4
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pp.49-57
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2010
This study is the research appling the representative Displacement-Based Design which is the basic concept of Direct Displacement Based Design proposed by Chopra and Goel to original Reinforced Concrete structure and determining the thickness of retrofit Steel Jacket about the Maximum design ground acceleration, and developing the more improved Algorithm as well as program by the Retrofit Design method and Nonlinear analysis by the Performance design method before and after reinforcement appling the determined retrofit thickness. To predict the target displacement of retrofitted columns, a nonlinear analysis model of reinforced concrete columns has been developed to be based on the nonlinear fiber cross-sectional and segmental analysis model, and the seismic displacement level of retrofitted columns is estimated by two procedures, the direct displacement-based design method and the displacement coefficient method. In examples of seismic retrofit design, the current seismic improved design method gives good results in improvements of displacement levels and displacement ductilities of retrofitted columns.
Aggelis, Dimitrios G.;Verbruggen, Svetlana;Tsangouri, Eleni;Tysmans, Tine;Van Hemelrijck, Danny
Smart Structures and Systems
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v.17
no.1
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pp.91-105
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2016
One of the most commonly used techniques to strengthen steel reinforced concrete structures is the application of externally bonded patches in the form of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) or recently, textile reinforced cements (TRC). These external patches undertake the tensile stress of bending constraining concrete cracking. Development of full-field inspection methodologies for fracture monitoring are important since the reinforcing layers are not transparent, hindering visual observation of the material condition underneath. In the present study acoustic emission (AE) and digital image correlation (DIC) are applied during four-point bending tests of large beams to follow the damage accumulation. AE helps to determine the onset of fracture as well as the different damage mechanisms through the registered shifts in AE rate, location of active sources and change in waveform parameters. The effect of wave propagation distance, which in large components and in-situ can well mask the original information as emitted by the fracture incidents is also discussed. Simultaneously, crucial information is supplied by DIC concerning the moments of stress release of the patches due to debonding, benchmarking the trends monitored by AE. From the point of view of mechanics, conclusions on the reinforcing contribution of the different repair methodologies are also drawn.
Geosynthetic reinforced earth wall was introduced about 20 years ago and many structures have been constructed. Especially, segmental concrete panel facing and friction tie system are the most popular system in Korea, and this friction tie was composed of high tenacity PET filament and LDPE(Low Density Polyethylene) sheath. Due to the lack of direct-test results, design coefficients of friction tie (creep reduction factor) had been determined by quoting the previous and the foreign reference data. This is an unreasonable fact for the use of friction ties. In this study, the creep tests were performed to evaluate the creep behavior of friction tie, and the reduction factor of creep was calculated for the correct design of geosynthetic reinforced earth retaining walls. From the test results, finally it was found that the allowable creep strength of friction tie is 60% of Tult during service life, and creep reduction factor is 1.67 for each grade of friction ties.
This paper presents a study on the flexural stiffness, plastic hinge length and plastic hinge rotation capacity of reinforced high performance concrete beams. 15 beams with different strength of concrete, reinforcement ratio and the pattern of loadings were tested. From the test results of reinforced normal strength concrete beams and reinforced high performance concrete beams with the concrete which has cylinder compressive strength of 700kg/${cm}^2$, slump value of 20~25cm and slump-flow value of 60~70cm. It is found that an extreme fiber concrete compressive strain of ${\varepsilon}_{cu}=0.0047$ may be used in ultimate curvature computations of reinforced high performance concrete beams. An empirical equation is proposed to estimate the effective moment of inertia. length and rotation capacity of plastic hinge of simply supported reinforced high performance concrete beams. The estimated deflections using this equation agree well with the experimental values.
Polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers have high specific strength, elastic modulus, thermal resistance, and thermal conductivity. Due to these properties, they have been increasingly widely used in various spheres including leisure, aviation, aerospace, military, and energy applications. However, if exposed to air at high temperatures, they are oxidized, thus weakening the properties of carbon fibers and carbon composite materials. As such, it is important to understand the oxidation reactions of carbon fibers, which are often used as a reinforcement for composite materials. PAN-based carbon fibers T300 and T700 were isothermally oxidized in air, and microstructural changes caused by oxidation reactions were examined. The results showed a decrease in the rate of oxidation with increasing burn-off for both T300 and T700 fibers. The rate of oxidation of T300 fibers was two times faster than that of T700 fibers. The diameter of T700 fibers decreased linearly with increasing burn-off. The diameter of T300 also decreased with increasing burn-off but at slower rates over time. Cross-sectional observations after oxidation reactions revealed hollow cores in the longitudinal direction for both T300 and T700 fibers. The formation of hollow cores after oxidation can be traced to differences in the fabrication process such as the starting material and final heat treatment temperature.
This study evaluated the multi-bonding performances of timbers as well as those of reinforcement and timber to obtain data for preparing guidelines regarding the use of timbers as large structural members. For the multi-bonding performances of timbers, four types of bonding surfaces were prepared according to the pith position. For the bonding performances of FRP (fiber-reinforced plastic)/steel plate and timber, a total of 11 types of specimens were produced for the selection of the appropriate adhesive. The bonding performances of the produced specimens were evaluated through a water soaking delamination test, a water boiling delamination test, and a block shear strength test. The test results showed that the bonding strength of the bonding surface according to the pith position was highest in the specimen for which the two sections with the pith at the center of the cross-section on timber and between the bonding surfaces (the tangential and radial sections were mixed) were bonded. Furthermore, the specimens for which the section (radial section) with the pith on the bonding surface of the timber was bonded showed a high delamination percentage. The results of the block shear strength test showed that the bonding section did not have a significant effect on the shear strength, and that the measured wood failure percentage was higher than the KS standard value. The PVAc adhesive showed the highest bonding strength between larix timber and GFRP (glass FRP). Furthermore, the epoxy and polyurethane adhesives showed good bonding strength for CFRP (carbon FRP) and structure steel, respectively.
This paper introduces a new efficient analytical method, based on shear deformations obtained with 2D elasticity theory approach, to perform an explicit closed-form solution for calculation the interfacial shear and normal stresses in plated RC beam. The materials of plate, necessary for the reinforcement of the beam, are in general made with fiber reinforced polymers (Carbon or Glass) or steel. The experimental tests showed that at the ends of the plate, high shear and normal stresses are developed, consequently a debonding phenomenon at this position produce a sudden failure of the soffit plate. The interfacial stresses play a significant role in understanding this premature debonding failure of such repaired structures. In order to efficiently model the calculation of the interfacial stresses we have integrated the effect of shear deformations using the equilibrium equations of the elasticity. The approach of this method includes stress-strain and strain-displacement relationships for the adhesive and adherends. The use of the stresses continuity conditions at interfaces between the adhesive and adherents, results pair of second-order and fourth-order coupled ordinary differential equations. The analytical solution for this coupled differential equations give new explicit closed-form solution including shear deformations effects. This new solution is indented for applications of all plated beam. Finally, numerical results obtained with this method are in agreement of the existing solutions and the experimental results.
Experimental investigations on the seismic behaviors of the PVC-FRP Confined Reinforced Concrete (PFCRC) columns under low cyclic loading are carried out and two variable parameters including CFRP strips spacing and axial compression ratio are considered. The PFCRC column finally fails by bending and is characterized by the crushing of concrete and yielding of the longitudinal reinforcement, and the column with a high axial compression ratio is also accompanied by the cracking of the PVC tube and the fracture of CFRP strips. The hysteretic curves and skeleton curves of the columns are obtained from the experimental data. With the increase of axial compression ratio, the stiffness degradation rate accelerates and the ductility decreases. With the decrease of CFRP strips spacing, the unloading sections of the skeleton curves become steep and the ductility reduces significantly. On the basis of fiber model method, a numerical analysis approach for predicting the skeleton curves of the PFCRC columns is developed. Additionally, a simplified skeleton curve including the elastic stage, strengthening stage and unloading stage is suggested depending on the geometric drawing method. Moreover, the loading and unloading rules of the PFCRC columns are revealed by analyzing the features of the skeleton curves. The quantitative expressions that are used to predict the unloading stiffness of the specimens in each stage are proposed. Eventually, an analytical model for the PFCRC columns under low cyclic loading is established and it agrees well with test data.
Partial reinforcement of sheet metal parts with CFRP patch is a technology that can realize ultra-lightweight body parts while overcoming the high material cost of carbon fiber. Performing these patchworks with highly productive press equipment solves another issue of CFRP: high process costs. The A-pillar is the main body part and has an undercut shape for fastening with other parts such as roof panels and doors. Therefore, it is difficult to bond CFRP patches to the A-pillar with a general press forming tool. In this paper, a flexible system that applies uniform pressure to complex shapes using ceramic particles and silicone rubber is proposed. By benchmarking various A-pillars, a reference model with an undercut shape was designed, and the system was configured to realize a uniform pressure distribution in the model. The ceramic spherical particles failed to realize the uniform distribution of high pressure due to their high hardness and point contact characteristics, which caused damage to the CFRP patch. Compression equipment made of silicone rubber was able to achieve the required pressure level for curing the epoxy. Non-adhesion defects between the metal and the CFRP patch were confirmed in the area where the bending deformation occurred. This defect could be eliminated by optimizing the process conditions suitable for the newly developed flexible system.
Since the dredging reclaimed land consisting of soft ground is very weak in support, the difficult and complex factors should be considered in the design to calculate accurate bearing capacity of soft ground. Recently, various reinforcement construction methods of soft ground have been designed for dredged landfills, but the stabilities are predicted by calculating conventional Meyerhof (1974) equation for trafficability in soft ground. Conventional equations increase economic costs by underestimating bearing capacity of weak ground in order to ensure constructive safety, so a modified equation has been proposed from the literature. The paper attempts to experiment and compute important factors, such as stitching fiber and seam tensile strength of geotextiles, that are not theoretically considered and can be identified in the field. In addition, The evaluation of the bearing capacity of the modified equation is verified to be stable for trafficability through the plate bearing test performed on site.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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