Kumar, K. Varun;Saravanan, T. Jothi;Sreekala, R.;Gopalakrishnan, N.;Mini, K.M.
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.1
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pp.161-183
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2017
This paper investigates the damage identification of the concrete pile element through axial wave propagation technique using computational and experimental studies. Now-a-days, concrete pile foundations are often common in all engineering structures and their safety is significant for preventing the failure. Damage detection and estimation in a sub-structure is challenging as the visual picture of the sub-structure and its condition is not well known and the state of the structure or foundation can be inferred only through its static and dynamic response. The concept of wave propagation involves dynamic impedance and whenever a wave encounters a changing impedance (due to loss of stiffness), a reflecting wave is generated with the total strain energy forked as reflected as well as refracted portions. Among many frequency domain methods, the Spectral Finite Element method (SFEM) has been found suitable for analysis of wave propagation in real engineering structures as the formulation is based on dynamic equilibrium under harmonic steady state excitation. The feasibility of the axial wave propagation technique is studied through numerical simulations using Elementary rod theory and higher order Love rod theory under SFEM and ABAQUS dynamic explicit analysis with experimental validation exercise. Towards simulating the damage scenario in a pile element, dis-continuity (impedance mismatch) is induced by varying its cross-sectional area along its length. Both experimental and computational investigations are performed under pulse-echo and pitch-catch configuration methods. Analytical and experimental results are in good agreement.
The present study simplified the moment-curvature relationship to straightforwardly determine the flexural behavior of reinforced concrete (RC) columns. For the idealized column section, moments and neutral axis depths at different stages(first flexural crack, yielding of tensile reinforcing bar, maximum strength, and 80% of the maximum strength at the descending branch) were derived on the basis of the equilibrium condition of forces and compatibility condition. Concrete strains at the extreme compression fiber beyond the maximum strength were determined using the stress-strain relationship of confined concrete, proposed by Kim et al. The lateral load-displacement curves converted from the simplified moment-curvature relationship of columns are well consistent with test results obtained from column specimens under various parameters. The moments and the corresponding neutral axis depth at different stages were formulated as a function of longitudinal reinforcement and transverse reinforcement indices and/or applied axial load index. Overall, curvature ductility of columns was significantly affected by the axial load level as well as concrete compressive strength and the amount of longitudinal and transverse reinforcing bars.
Abd El Fattah, Ahmed M.;Rasheed, Hayder A.;Al-Rahmani, Ahmed H.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.135-149
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2017
The prediction of the actual ultimate capacity of confined concrete columns requires partial confinement utilization under eccentric loading. This is attributed to the reduction in compression zone compared to columns under pure axial compression. Modern codes and standards are introducing the need to perform extreme event analysis under static loads. There has been a number of studies that focused on the analysis and testing of concentric columns. On the other hand, the augmentation of compressive strength due to partial confinement has not been treated before. The higher eccentricity causes smaller confined concrete region in compression yielding smaller increase in strength of concrete. Accordingly, the ultimate eccentric confined strength is gradually reduced from the fully confined value $f_{cc}$ (at zero eccentricity) to the unconfined value $f^{\prime}_c$ (at infinite eccentricity) as a function of the ratio of compression area to total area of each eccentricity. This approach is used to implement an adaptive Mander model for analyzing eccentrically loaded columns. Generalization of the 3D moment of area approach is implemented based on proportional loading, fiber model and the secant stiffness approach, in an incremental-iterative numerical procedure to achieve the equilibrium path of $P-{\varepsilon}$ and $M-{\varphi}$ response up to failure. This numerical analysis is adapted to assess the confining effect in rectangular columns confined with conventional lateral steel. This analysis is validated against experimental data found in the literature showing good correlation to the partial confinement model while rendering the full confinement treatment unsafe.
Saoula Abdelkader;Abdelrahmane B. Benyamina;Meftah Sid Ahmed
Steel and Composite Structures
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v.52
no.3
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pp.343-356
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2024
This paper presents an analytical solution for correctly predicting the Lateral-Torsional Buckling critical moment of simply supported castellated beams, the solution covers uniformly distributed loads combined with compressive loads. For this purpose, the castellated beam section with hexagonal-type perforation is treated as an arrangement of double "T" sections, composed of an upper T section and a lower T section. The castellated beam with regular openings is considered as a periodic repeating structure of unit cells. According to the kinematic model, the energy principle is applied in the context of geometric nonlinearity and the linear elastic behavior of materials. The differential equilibrium equations are established using Galerkin's method and the tangential stiffness matrix is calculated to determine the critical lateral torsional buckling loads. A Finite Element simulation using ABAQUS software is performed to verify the accuracy of the suggested analytical solution, each castellated beam is modelled with appropriate sizes meshes by thin shell elements S8R, the chosen element has 8 nodes and six degrees of freedom per node, including five integration points through the thickness, the Lanczos eigen-solver of ABAQUS was used to conduct elastic buckling analysis. It has been demonstrated that the proposed analytical solution results are in good agreement with those of the finite element method. A parametric study involving geometric and mechanical parameters is carried out, the intensity of the compressive load is also included. In comparison with the linear solution, it has been found that the linear stability underestimates the lateral buckling resistance. It has been confirmed that when high axial loads are applied, an impressive reduction in critical loads has been observed. It can be concluded that the obtained analytical solution is efficient and simple, and offers a rapid and direct method for estimating the lateral torsional buckling critical moment of simply supported castellated beams.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.4
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pp.202-213
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1992
For the analysis and design of ship structures the generalized slope deflection method(GSDM) taking account of axial elongation effect as well as the bending and shearing deformation is developed. Using the span point concept, the existing slope deflection method is easy to transform the variable section to the equivalent uniform one under the bending moment and the shear force, but it is difficult to analyze the web frame with inclined members because the axial deformation effect is not considered. In the present method, the equilibrium conditions including all force components(i.e. axial force, shear force, bending moment) are formulated at the both ends of the variable section beam, such that the usual space frame stiffness equation which can be solved easily by the matrix method is derived. The accuracy and applicability of the present method is demonstrated by analyzing the ship web frame structures.
A wind turbine is one of the most popular energy conversion systems to generate electricity from the natural renewable energy source and an axial-flow type wind turbine is the most popular system for the electricity generation in the wind farm nowadays. In this study, a cross-flow type turbine has been studied for the application of wind turbine for electricity generation. The target capacity of electric power generation of the model wind turbine developing on the project is 12 volts, 130A/H (about 1.56kW). The important design parameters of the model turbine impeller are the inlet and exit angle of the turbine blade, number of blade, hub/tip ratio and the exit flow angle of the casing. In this study, the radial equilibrium theorem was used to decide the inlet and exit angle of the impller blade and CFD technique was used to have the performance analysis of the designed model power turbine to find out the optimum geometry of the CPT impeller and casing. The designed CPT with 24 impeller blades at ${\alpha}=82^{\circ}$, ${\beta}=40^{\circ}$ of turbine blade angle was estimated to generate 284.6 N.m of indicated torque and 2.14kW of indicated power.
A new composite reinforced method, namely self-compacting concrete filled circular CFRP-steel jacketing, was proposed in this paper. Experimental tests on eight RC square short columns reinforced with the new composite reinforced method and four RC square short columns reinforced with CFS jackets were conducted to investigate their eccentrically compressive behaviour. Nine reinforced columns were subjected to eccentrically compressive loading, while three reinforced columns were subjected to axial compressive loading as reference. The parameters investigated herein were the eccentricity of the compressive loading and the layer of CFRP. Subsequently, the failure mode, ultimate load, deformation and strain of these reinforced columns were discussed. Their failure modes included the excessive bending deformation, serious buckling of steel jackets, crush of concrete and fracture of CFRP. Moreover, these reinforced columns exhibited a ductile failure globally. Both the eccentricity of the compressive loading and the layer of CFRP had a significant effect on the eccentrically compressive behaviour of reinforced columns. Finally, formulae for the evaluation of the ultimate load of reinforced columns were proposed. The theoretical formulae based on the ultimate equilibrium theory provided an effective, acceptable and safe method for designers to calculate the ultimate load of reinforced columns under eccentrically compressive loading.
The moment-curvature envelope describes the changes in the flexural capacity with deformation during a nonlinear analysis. Therefore, the moment-curvature analysis for reinforced concrete columns, indicating the available flexural strength and ductility, can be conducted providing the stress-strain relation for the concrete and steel are known. The moments and curvatures associated with increasing flexural deformations of the column may be computed for various column axial loads by incrementing the curvature and satisfying the requirements of strain compatibility and equilibrium of forces. Clearly it is important to have accurate information concerning the complete stress-strain curve of confined high-strength concrete in order to conduct reliable moment-curvature analysis that assesses the ductility available from high-strength concrete columns. However, it is not easy to explicitly characterize the mechanical behavior of confined high-strength concrete because of various parameter values, such as the confinement type of rectilinear ties, the compressive strength of concrete, the volumetric ratic and strength of rectangular ties. So a stress-strain model is developed which can simulate complete inelastic moment-curvature relations of high-strength concrete columns.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.2
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pp.29-36
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2009
The present study emphasizes a nonlinear model to predict the shear behaviour of reinforced concrete interior beam-column joints. To model the shear behaviour of a panel zone in the beam-column joint, a modified softened truss model theory for in-plane shear prediction was introduced. This relationship was changed to define the characteristics for the rotational spring to represent the shear deformation in the joint by an equivalent moment-rotation relationship from the joint equilibrium. The analysis model was compared with experiments on reinforced concrete interior beam-column joints that were subjected to axial and shear forces, and the current model was found to accurately predict not only the shear force but also the shear deformation in the joint.
In this study a general Galerkin FE lubrication analysis method was utilized to analyze the complex lubrication performance of a spiral groove seal having an additional inner circular groove, which was designed for a chemical process mixer operating at a low speed of the maximum 500 rpm. Equilibrium seal clearance analyses under varying outer pressure revealed that the seal maintains a certain levitation seal clearance under the outer pressure of more than about 1.5 bar, regardless of a rotating speed. Also, under the normal outer pressure of 11 bar, the axial stiffness of the seal was predicted to have a high value of more than 7.0 e + 07 N/m, regardless of a rotating speed and thereby, the seal is expected to maintain a stable thickness of lubrication film under a certain external excitation acting. A seal levitation test rig was designed and constructed. Experimental results at 500 rpm agreed well with analytical predictions and the applied lubrication analysis method was verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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