This paper describes the design of a new interlocking masonry system, the production of designed interlocking units and mechanical properties of interlocked masonry assemblages with mortar. In this proposed system, units have horizontal and vertical locks to integrate the units to the wall and have a channel to enable the use of horizontal reinforcements in the wall. Using these units, unfilled, filled or reinforced walls can be constructed with or without mortar. In the production of the interlocking units, it was decided to use foamed concrete. 12 trial productions have been carried out at different mix proportions to obtain the optimum concrete mix. At the end of the mentioned productions, the units were produced with foam concrete which is selected as the most suitable in terms of compressive strength and specific gravity. Then, axial compression, diagonal tension and bed joint shear tests were carried out to determine the mechanical properties of the interlocked masonry assemblages with mortar. Results from the tests showed that interlocks designed to strengthen the system against shear stresses by creating discontinuity throughout the joints have been successful to achieve their aim. Obtained data will enable structural analysis of walls to be constructed with these new units.
Behavior of RC beam-column joint is very complex as the composite material behaves differently in elastic and inelastic range. The approaches generally used for predicting joint shear strength are either based on theoretical, strut-and-tie or empirical methods. These approaches are incapable of predicting the accurate response of the joint for entire range of loading. In the present study a new generalized RC beam-column joint shear strength model based on hybrid approach i.e. combined strut-and-tie and empirical approach has been proposed. The contribution of governing parameters affecting the joint shear strength under compression has been derived from compressive strut approach whereas; the governing parameters active under tension has been extracted from empirical approach. The proposed model is applicable for various conditions such as, joints reinforced either with or without shear reinforcement, joints with wide beam or wide column, joints with transverse beams and slab, joints reinforced with X-bars, different anchorage of beam bar, and column subjected to various axial loading conditions. The joint shear strength prediction of the proposed model has been compared with 435 experimental results and with eleven popular models from literature. In comparison to other eleven models the prediction of the proposed model is found closest to the experimental results. Moreover, from statistical analysis of the results, the proposed model has the least coefficient of variation. The proposed model is simple in application and can be effectively used by designers.
Implementation of component isolation in nuclear industry is challenging due to gaps in research and the lack of specific guidelines. In this study, parameters affecting component-level isolation of advanced reactor vessels are identified based on a representative numerical model with explicit consideration of nonlinear soil-structure interaction (SSI). The objective of this study is to evaluate the effectiveness of, and to identify potential limitations of using conventional friction pendulum bearings to seismically isolate vessels. It is found that slender vessels or components are particularly vulnerable to rotational accelerations at the isolation interface, which are caused by rotation of the sub-structure and by excitation of higher modes in the horizontal direction of the seismically isolated system. Component isolation is found to be more effective for relatively stiffer vessels and at sites with stiff soil. Considering that conventional isolators are deficient in resisting axial tension, it is observed that the optimum location for supporting a component to achieve seismic isolation, is at a cross-sectional plane passing through the center of mass of the vessel. These findings are corroborated by numerous simulations of the response of seismically isolated reactor vessels at different nuclear power plant sites subject to a variety of ground motions.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.223-235
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2021
The Vortex-Induced Vibration (VIV) test system on deepwater riser based on Bare Fiber Bragg Grating (BFBG) sensor technology was designed. Meanwhile, a riser VIV response numerical model was established based on the work-energy principle. The results show that the first-order vibration frequency dominates the vibration of the riser, and as the velocity increases, the dominant frequency of the riser gradually increases under the effect of different top tensions. At the same velocity, as the top tension increases step by step, the dominant frequency and fatigue damage at the same position along the axial length of the riser both gradually decreases. The model test and numerical simulation show a relatively consistent change, maintaining a high degree of agreement. The process control system based on BFBG of model test has excellent performance, and FBG sensors have great advantages in VIV test of a vertical riser in water.
The failure of a thin-walled tube was studied in this paper based on three failure models. Both proportional and non-proportional loading paths were applied. Proportional loading consisted of combined tension-torsion. Cyclic non-proportional loading was also applied. It was a circular out-of-phase axial-shear stress loading path. The third loading path was a combination of a constant internal pressure and a bending moment. The failure models under study were equivalent plastic strain, modified Mohr-Coulomb (Bai-Wierzbicki) and Tearing parameter models. The elasto-plastic analysis was conducted using J2 criterion and nonlinear kinematic hardening. The return mapping algorithm was employed to numerically solve the plastic flow relations. The effects of the hydrostatic stress on the plastic flow and the stress triaxiality parameter on the failure were discussed. Each failure model under study was utilized to predict failure. The failure loads obtained from each model were compared with each other. The equivalent plastic strain model was independent from the stress triaxiality parameter, and it predicted the highest failure load in the bending problem. The modified Mohr-Coulomb failure model predicted the lowest failure load for the range of the stress triaxiality parameter and Lode's angle.
To investigate the mechanical behavior of the post-tensioned prestressed concrete lining (PPCL), the desilting tunnel of the Xiaolangdi Hydro Project in China is adopted as a case, and a detailed three-dimensional continuum model verified by the observation results is established for the PPCL. The radial stresses, longitudinal stresses, axial forces and bending moments of the PPCL under the completed cable tension condition (CCTC) and design water pressure condition (DWPC) are analyzed, respectively. The numerical results reveal that the PPCL concrete is significantly compressed in the circumferential direction by the prestress, while the prestress has a negligible influence on the radial stresses of the PPCL concrete. It should be noted that the concrete near the anchor slots has a complex and adverse stress state with stress concentration, longitudinal tensioning and large bending moment. In addition, a simplified shell model and a further simplified beam model which can take the influences of the prestress loss and the anchor slot into consideration are proposed for the PPCL. The results of the simplified models are in a good agreement with these of the three-dimensional continuum model, and they can be used as efficient approaches for the structural design and analysis of the PPCL.
This study investigates the static and dynamic structural analysis of symmetrical and asymmetrical coupled shear walls using the continuous and modified transfer matrix methods by idealizing the coupled shear wall as a three-field CTB-type replacement beam. The coupled shear wall is modeled as a continuous structure consisting of the parallel coupling of a Timoshenko beam in tension (with axial extensibility in the shear walls) and a shear beam (replacing the beam coupling effect between the shear walls). The variational method using the Hamilton principle is used to obtain the coupled differential equations and the boundary conditions associated with the model. Using the continuous method, closed-form analytical solutions to the differential equation for the coupled shear wall with uniform properties along the height are derived and a numerical solution using the modified transfer matrix is proposed to overcome the difficulty of coupled shear walls with non-uniform properties along height. The computational advantage of the modified transfer matrix method compared to the classical method is shown. The results of the numerical examples and the parametric analysis show that the proposed analytical and numerical model and method is accurate, reliable and involves reduced processing time for generalized static and dynamic structural analysis of coupled shear walls at a preliminary stage and can used as a verification method in the final stage of the project.
Firstly, a new kind of prismatic tensegrity structures with redundant cables is defined, the topology, geometry and forming conditions of which are introduced further. The development of its mechanical properties including self-stress states and structural stiffness with the increment of the twist angle is also investigated carefully. Combined with the topology of this kind of structures, a reasonable erection scheme is proposed, in which some temporary lifting points need to be set and two groups of vertical cables are tensioned in batches. Then, a simplified dynamic relaxation method is employed to track the erection process inversely, which aims to predict each intermediate equilibrium state during the construction, and give the key structural parameters that can effectively guide the construction. The removal of the active cables, the relaxation or tension of the passive cables are simulated by controlling their axial stiffness, so that the structural composition as well as the serial numbers of the elements always keep invariant regardless of the withdrawal of the slack cables. The whole analysis process is clear in concept, simple to implement and easy to popularize. Finally, several examples are given to verify the practicability and effectiveness of the proposed method further.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.27
no.3
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pp.555-561
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2024
This paper derives material properties of steel bars that simulate the distribution of stress and strain of prestressed tendons used in Prestressed concrete(PSC) girders and presents an optimal material model. ABAQUS software was used to establish the 3D solid model of the PSC girder and strand wire rope for a PS(Prestressed) tendon. Then the model of steel wire rope was imported into the Isight interface plugin directly through the ABAQUS and the Data Matching. In ABAQUS, the contact pairs were established, the models were meshed, the constraints were applied to solve the finite element model and an axial tension of 0.5m/s was loaded to analyze the stress and deformation distributions in the normal working range of the PS strand wire rope. In Data Matching, classical experimental data is fitted to the optimal material properties through finite element analysis and multi-objective optimization. The results show that the steel bar with optimal material properties presents a similar linear area and stress distribution with the PS tendon.
An object oriented numerical analysis program of axial-flexural elements and the step-by-step method (SSM) has been developed to analyze concrete long-term behaviors of structures constrained internally and externally. The results of the numerical analysis for simple and continuous prestressed (PS) concrete box and composite girders, pre-cast slab of continuous steel composite girder, and simple preflex composite girder show that the adjusting coefficient decreases by increasing constraint. The loss rates of pre-tension force were not sensitive but those of pre-compression force were increased rapidly by decreasing adjusting coefficient. This indicates that the design based on the loss rate of pre-tension can over-estimate the pre-compression force in a concrete section constrained internally and externally. The adjusting coefficients which satisfy results of the numerical analysis are 0.35~0.95, and it can be used as an index of constraint of concrete long-term deformation. The adjusting coefficient 0.5 of Bridge Design Specifications can under-estimate residual stress of PS concrete slab, and the coefficient 0.7 or 0.8 of LRFD Bridge Designing Specifications can under-estimate the loss rates of continuous PS concrete girders. The adjusting coefficient of hybrid structures should be less then 0.4.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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