This Paper aims at investigating the distribution of stresses and the displacement of soft foundation layer subject to embankment load by the finite elements method (FEM). The stresses include the volumetric stress, the Pore water Pressure, the vertical stress. The horizontal stress and the shear stress. The Christian-Boehmer's method was selected as technique for FEM and the general elasticity model and modified Cam-clay model as the governing equations under Plain-strain condition depending on drained and undrained conditions. The results obtained are as follows: 1. The volumetric stress is almost consistent with the pore water pressure. This means that the total stress is the same value with the pore water pressure under the undrined condition 2. The vertical stress appears in the same value regardless of the drained or undrained condition and the model of the constitutive equations. 3. The horizontal stress has almost same value with the drain condition model. 4. depending on the constitutive model. The shear stress is affected by both the drain condition and the constitute model. The resulted value by the modified Cam-clay model has the largest. 5. The direction of the displacement vector turns outward near the tip of load during the increasing load. 6. The magnitude of displacement due to the modified Cam.clay model is as twice large as that due to elastic model.
Iman Saffarian;Gholam Reza Atefatdoost;Seyed Abbas Hosseini;Leila Shahryari
Computers and Concrete
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v.31
no.6
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pp.513-525
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2023
This research presents the experimental and theoretical evaluations on circular steel-fiber-reinforced-concrete (SFRC) columns reinforced by glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) rebar under the axial compressive loading. Test programs were designed to investigate and compare the effect of different parameters on the structural behavior of columns by performing tests. Theses variables included conventional concrete (CC), fiber concrete (FC), steel/GFRP longitudinal rebars, and transversal rebars configurations. A total of 16 specimens were constructed and categorized into four groups in terms of different rebar-concrete configurations, including GFRP-rebar-reinforced-CC columns (GRCC), GFRP-rebar-reinforced-FC columns (GRFC), steel-rebar-reinforced-CC columns (SRCC) and steel-rebar- reinforced-FC columns (SRFC). Experimental observations displayed that failure modes and cracking patterns of four groups of columns were similar, especially in pre-peak branches of load-deflection curves. Although the average ultimate axial load of columns with longitudinal GFRP rebars was obtained by 17.9% less than the average ultimate axial load of columns with longitudinal steel rebars, the average axial ductility index (DI) of them was gained by 10.2% higher than their counterpart columns. Adding steel fibers (SFs) into concrete led to the increases of 7.7% and 6.7% of the axial peak load and the DI of columns than their counterpart columns with CC. The volumetric ratio had greater efficiency on peak loads and DIs of columns than the type of transversal reinforcement. A simple analytical equation was proposed to predict the axial compressive capacity of columns by considering the axial involvement of longitudinal GFRP rebars, volumetric ratio, and steel spiral/hoop rebar. There was a good correlation between test results and predictions of the proposed equation.
The original elastoplastic Hardening Soil model is formulated actually partly under hexagonal pyramidal Mohr-Coulomb failure criterion, and can be only used in specific stress paths. It must be completely generalized under Mohr-Coulomb criterion before its usage in engineering practice. A set of generalized constitutive equations under this criterion, including shear and volumetric yield surfaces and hardening laws, is proposed for Hardening Soil model in principal stress space. On the other hand, a Mohr-Coulumb type yield surface in principal stress space comprises six corners and an apex that make singularity for the normal integration approach of constitutive equations. With respect to the isotropic nature of the material, a technique for processing these singularities by means of Koiter's rule, along with a transforming approach between both stress spaces for both stress tensor and consistent stiffness matrix based on spectral decomposition method, is introduced to provide such an approach for developing generalized Hardening Soil model in finite element analysis code ABAQUS. The implemented model is verified in comparison with the results after the original simulations of oedometer and triaxial tests by means of this model, for volumetric and shear hardenings respectively. Results from the simulation of oedometer test show similar shape of primary loading curve to the original one, while maximum vertical strain is a little overestimated for about 0.5% probably due to the selection of relationships for cap parameters. In simulation of triaxial test, the stress-strain and dilation curves are both in very good agreement with the original curves as well as test data.
Bismuth is a promising anodic for Li-ion batteries (LIBs) due to its adequate operating voltage and high-volume capacity (3,765 mAh cm-3). Nevertheless, inevitable volume expansion during Bi alloy reactions leads to severe capacity loss and cell destruction. To address this, a complex of bismuth alloy nanoparticles (Bi@NC) embedded in an N doping-carbon coating is fabricated via a simple pyrolysis method. Nano-sized bismuth alloys can improve the reaction dynamics through a shortened Li+-ion diffusion path. In addition, the N-doped carbon coating effectively buffers the volume change of bismuth during the extended alloy/dealloy reaction with Li+ ions and maintains an effective conductive network. Based on the Thermogravimetric analysis (TGA) showed high bismuth alloy loading (80.9 wt%) and maintained a high gravimetric capacity of 315 mAh g-1 up to 100 cycles with high volumetric capacity of 845.6 mAh cm-3.
It is difficult to analyze and predict the long-term behavior of concrete structures and members under multiaxial stresses because most of existing researches on creep of concrete were mainly concerned about uniaxial stress state. Therefore, the main objective of this paper is the investigation of creep properties of concrete under multiaxial stresses. This paper presents experimental study on creep of concrete under multiaxial compression. Twenty seven cubic specimens($20{\times}20{\times}20 cm$) for three concrete mixes were tested under uniaxial, biaxial, and triaxial stress states. Creep strains were measured in three directions of principal stresses. Poisson's ratio at the initial loading was obtained, as was Poisson's ratio due to creep stain and Poisson's ratio due to the combined creep strain and elastic strain. These Poisson's ratios were approximately equal for each concrete mix. The Poisson's ratio at the initial loading and the Poisson's ratio for the combined strain Increased slightly as the strength of the concrete increased. In addition, the volumetric creep strain and deviatoric creep strain were linearly proportional to volumetric stress and deviatoric stress, respectively.
$17{\alpha}-ethinylestradiol$ (EE2), a synthetic estrogen which interfere the endocrine and reproductive function in living organisms, has been found extensively to be deposited into municipal wastewater treatment plants and the environment via human excretion. EE2 has long been known to be efficiently cometabolized by ammonia-oxidizing bacteria (AOB) during ammonia ($NH_3$) oxidation. Current study aims to investigate the effect of culture history on the biotransformation of EE2 by nitrifying sludge which was enriched under different ammonia loading rates in continuous flow reactors. Result showed that past growth condition largely affected not only the metabolic rate of $NH_3$ oxidation but also EE2 cometabolism. Sludge previously acclimated with higher $NH_3$ loads as well as sludge dominated with AOB belong to high growth cluster (Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis) showed higher rate of EE2 biotransformation than those one being acclimated with lower $NH_3$ loads because of its ability to provide more reducing power from $NH_3$ oxidation. Moreover, the correlation between the degradation rates of $NH_3$ and EE2 was higher in sludge being acclimated with higher load of $NH_3$ in comparison with other sludge. Implication of the findings emphasized the role of volumetric $NH_3$ loading rate in determining EE2 removal in wastewater treatment system.
The use of high-strength concrete which permits smaller cross sections, reduced dead loads, and longer spans has been getting more popular in tall buildings. However, there has been little research on behavior of high-strength concrete columns laterally reinforced with square ties and subjected to compressive loading. With the addition of transverse reinforcement which lead to triaxial compressive state, ductility behavior of high-strength column member shall be increased. In this study, rational quality and quantity evaluations were made to investigate the ultimate strength and strain ductility by confinement effect of tie reinforced high-strength concrete columns subject to uniaxial loads. Concrete failure theory at the triaxial compressive state and statistical results based on conventional experimental data were applied for this propose. Up to 185 columns, tested under monotonically increasing concentric loading, were evaluated in terms of strength and strain ductility. Analytical results show that confinement stress, maximum compressive strength, and increase of strain equations were developed with the consideration of concrete strength, yield strength, spacing, volumetric ratio, and configurations of tie reinforcement.
The purpose of this study was to investigate the biodegradability and performance of organic removal and methane production rate when treating piggery wastewater using a pilot scale two-phase anaerobic system operated up to a volumetric rate of $10m^3/day$. The pilot scale two-phase anaerobic process is consisted of a continuous-flow stirred-tank reactor (CFSTR) for the acidification phase and an Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor (UASB) for the methanogenesis. The acidogenic reactor played key roles in reducing the periodically applied shock-loading and in the acidification of the influent organics. The acidogenic CFSTR was operated at organic loading rates (OLR) between 1.8 and $14.4kgCOD/m^3{\cdot}day$, and the UASB reactor was operated between 0.5 and $5.6kgCOD/m^3{\cdot}day$. A stable maximum biogas production rate was $81m^3/day$ and the methane conversion rate of the organic matter varied from 0.30 to $0.42L\;CH_4/g\;COD_{removed}$(0.40) at hydraulic retention time (HRT) above 3.5days. The methane contents ranged from 73 to 82% during the experimental period. It is known that most of the removed organic matter was converted to methane gas, and the produced biogas might be high quality for its subsequent use.
In this work, the electrode far fuel cell was fabricated by mixing carbon blacks with activated carbon fibers (ACFs) in order to form the proper three phase distribution, and then the change of electrode in three phase distribution was investigated. Pt loading yield with ACF content and Pt particle size were determined by AAS and XRD measurements, respectively. And the pore structures, including specific surface area ($S_{BET}$), microporosity, and pore size distribution (PSD) for each electrode were systematically investigated by BET volumetric measurement. The morphology of electrode in three phase distribution was determined by SEM. As an experimental result, it was observed that Pt loading yield was not influenced on the content of ACF. While, the electrode in three phase distribution was largely improved in the case of 30% ACF addition on carbon blacks. These results were probably explained by the increase of the portion of micropores, resulting in increasing the active sites of catalyst.
Concrete-filled steel tubes (CFSTs) are increasingly used as composite sections in structures owing to their excellent load bearing capacity. Therefore, predicting the mechanical behavior of CFST sections under axial compression loading is vital for design purposes. This paper presents the first study on the nonlinear analysis of heated CFSTs with high-strength concrete core containing steel fiber and waste tire rubber under axial compression loading. CFSTs had steel fibers with 0, 1, and 1.5% volume fractions and 0, 5, and 10% rubber particles as sand alternative material. They were subjected to 20, 250, 500, and 750℃ temperatures. Using flow rule and analytical analysis, a model is developed to predict the load bearing capacity of steel tube, and hoop strain-axial strain relationship, and axial stress-volumetric strain relationship of CFSTs. An elastic-plastic analysis method is applied to determine the axial and hoop stresses of the steel tube, considering elastic, yield, and strain hardening stages of steel in its stress-strain curve. The axial stress in the concrete core is determined as the difference between the total experimental axial stress and the axial stress of steel tube obtained from modeling. The results show that steel tube in CFSTs under 750℃ exhibits a higher load bearing contribution compared to those under 20, 250, and 500℃. It is also found that the ratio of load bearing capacity of steel tube at peak point to the load bearing capacity of CFST at peak load is noticeable such that this ratio is in the ranges of 0.21-0.33 and 0.31-0.38 for the CFST specimens with a steel tube thickness of 2 and 3.5 mm, respectively. In addition, after the steel tube yielding, the load bearing capacity of the tube decreases due to the reduction of its axial stiffness and the increase of hoop strain rate, which is in the range of about 20 to 40%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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