Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.6
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pp.1351-1360
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1993
The fatigue behavior of GFRP composites is affected by environmental parameters. Therefore, we have to study on effect of sea water on fatigue behavior of GFRP composites as to maintain the safety and confidence in design of ocean structure of GFRP. In this paper, we investigated the fatigue properties of chopped strand glass mat/polyester composite in synthetic sea water. (pH 8.2) In case of the glass fiber (CSM type) reinforced polyester composite materials, the fatigue crack in the both dry and wet specimens tested in air or synthetic sea water occurred at the initial of cycle. Thereafter, it was divided with two regions that one decreased with the crack extension and the other increased with the crack extension. The transition point occurred during the crack propagation shifted to high ${\Delta}K$ value as load increase but its point is not changed regardless of immersion or test environment under a constant load. The synthetic sea water degrades the bond strength between fiber and matrix, thereby the tendency of rapid deceleration and acceleration of the crack growth was appeared.
Thin Spray-on Liners(TSLs) based on polymer materials have been considered as an alternative to shotcrete and wire mesh in relatively fair rock conditions, and used in mines since 1990s. Nevertheless, Few experimental studies on their mechanical properties necessary for the evaluation of their bearing capacities as a support member have been carried out. In this study, tensile and bond strengths of two kinds of TSLs with different material compositions were measured at the age of 7 days. In addition, two kinds of bending tests proposed by EFNARC (2008) to simulate representative failure mechanisms of TSLs were carried out on the same materials and curing age as in tension and pull-out tests. From the tests, tensile strength of a TSL is shown to increase as its content of polymer is higher. In contrast, its bond strength seems to be in inverse proportion to its polymer content. Especially, the TSL material in which a cementitious component is included with relatively smaller polymer content shows a faster hardening characteristic which results in higher resistance to de-bonding between a TSL and a substrate. As a result, it is shown that the performance of TSLs might be dependent upon its corresponding polymer content.
Kim, Byung-Ryeol;Lee, Hyeon-woo;Kim, Young-Jin;Cho, Kye-Hong;Choi, Sung-Oong
Tunnel and Underground Space
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v.31
no.6
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pp.623-646
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2021
As the demand for electric power increases with acceleration of electrification at home and abroad, the needs for coal-fired electrical power plant are accordingly increased. However, these coal-fired electrical power plants induce also many environmental problems such as increase of air pollutants, increase of possibility of land contamination by reclamation of coal ash, even though these power plants have a good economical efficiency. In case of a by-product of coal-fired electrical power plants, only 70% of them are recycled and the remaining 30% of by-product are fully buried in surrounding ground. Consequently, this study deals with coal ash backfilling mechanism in abandoned mine openings for the purposes of increasing the coal ash recycling rate as well as securing the mine area stability. In order to analyze the backfill and ground reinforcement by interaction between rock mass and backfills, the copying samples of discontinuous surface with different roughnesses were produced for bond strength tests and direct shear tests. And statistical analysis was also conducted to decide the characteristics of bond and shear behavior with joint roughness and their curing day. Numerical simulations were also analyzed for examining the effect of interface behavior on ground stability.
The analysis of interfacial stresses in structural component has been the subject of several investigations but it still requires more effort and studies. In this study a general three-dimensional interface element has been formulated for stress and displacement analyses in the interfacial area between two adjacent plate bending element and brick element. Interface element has 16 nodes with 5 degrees of freedom (DOF) in each node adjacent to plate bending element and 3 DOF in each node adjacent to brick element. The interface element has ability to transfer three translations from each side of interface element and two rotations in the side adjacent to the plate element. Stiffness matrix of this element was formulated and implemented in three-dimensional finite element code. Application of this element to the reinforced concrete (RC) beam strengthened with fiber reinforced polymer (FRP) including variation of deflection, slip between plate and concrete, normal and shear stresses distributions in FRP plates have been verified using experimental and numerical work of strengthened RC beams carried out by some researchers. The results show that this interface element is effective and can be used for structural component with these types of interface elements.
This paper contains the results of the study on the development of fracture and crack propagation in quasi-brittle materials, such as concrete or rocks, using the Discrete Element Method (DEM). A new discrete element numerical model is proposed as the basis for analyzing the inelastic evolution and growth of cracks up to the point of gross material failure. The model is expected to predict the fracture behavior for the quasi-brittle material structure using the elementary aggregate level, the interaction between aggregate materials, and bond cementation. The algorithms generate normal and shear forces between two interfacing blocks and contains two kinds of contact logic, one for connected blocks and the other one for blocks that are not directly connected. The Mohr-Coulomb theory has been used for the fracture limit. In this algorithm the particles are moving based on the connected block logic until the forces increase up to the fracture limit. After passing the limit, the particles are governed by the discrete block logic. In setting up a discrete polygon element model, two dimensional polygons are used to investigate the response of an assembly of different shapes, sizes, and orientations with blocks subjected to simple applied loads. Several examples involving assemblies of particles are presented to show the behavior of the fracture and the failure process.
This paper reports part of a comprehensive research study conducted at the University of Queensland on the ability of CFRP web-bonded systems in strengthening an exterior beam-column joint subjected to monotonic loads. One 1/2.2 scaled plain and four CFRP repaired/retrofitted joints subjected to monotonic loads were analysed using the nonlinear finite-element program ANSYS and the results were calibrated against experiments. The ANSYS model was employed in order to account for tension stiffening in concrete after cracking and a modified version of the Hognestad's model was used to model the concrete compressive strength. The stress-strain properties of main steel bars were modelled using multilinear isotropic hardening model and the FRPs were modelled as anisotropic materials. A perfect bond was assumed as nodes were shared between adjacent elements irrespective of their type. Good agreement between the numerical predictions and the experimental observation of the failure mechanisms for all specimens were observed. Closeness of these results proved that the numerical analysis can be used by design engineers for the analysis of web-bonded FRP strengthened beam-column joints with confidence.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1994.10a
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pp.160-166
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1994
In general, the problems of strengthening and repairing of deteriorated or damaged reinforced concrete members are usually worked out in situ by externally bounding steel plates using epoxy resins, which has been recognized to be one of effective and convenient methods. But the disadvantages of strengthening/repairing concrete members with externally bonded steel plates include ; (a) deterioration of the bond at the steel-concrete interface caused by the corrosion of steel ; (b) difficulty in manipulating the plate at the construction site ; (c) improper formation of joints, due to the limited delivery lengths of the steel plates ; and etc. Therefore these difficulties eventually have led to the concept of replacing the steel plates by fiber-reinforced composite sheets which are characterized by their light weight, extremely high stiffness, excellent fatigue properties, and outstanding corrosion resistance. In the paper, for the reliability assessment of reinforced concrete beams externally strengthened by carbon fiber plastic(CFRP) laminates, an attempt is made to suggest a limit state model based on the strain compatibility method and the concept of fracture mechanics. And the reliability of the proposed models is evaluated by using the AFOSM method. The load carrying capacity of the deteriorated and/or damaged RC beams is considerably increased. Thus, it may be stated that the post-strengthening of concrete beams with externally bonded CFRP materials may be one of very effective way of increasing the load carrying capacity and stiffeness characteristics of existing structures.
The $BH_5$ molecule, which is suggested as an intermediate of the acidolysis of $BH_4^-$, contains a weak two-electron-three-center bond and it requires extremely high-level of theories to calculate the energy and structure correctly. The structures and energies of $BH_5$ and the transition state for the hydrogen scrambling have been studied using recently developed multi-coefficient correlated quantum mechanical methods (MCCMs). The dissociation energies and the barrier heights agree very well with the previous results at the CCSD(T)/ TZ(3d1f1g, 2p1d) level. We have also calculated the potential energy curves for the dissociation of $BH_5$ to $BH_3$ and $H_2$. The lower levels of theory were unable to plot correct potential curves, whereas the MCCM methods give very good potential energy curves and requires much less computing resources than the CCSD(T)/ TZ(3d1f1g,2p1d) level. The potential energy of the $BH_5$ scrambling has been obtained by the multiconfiguration molecular mechanics algorithm (MCMM), and the rates are calculated using the variational transition state theory including multidimensional tunneling approximation. The rate constant at 300 K is 2.1 × $10^9s^{-1}$, and tunneling is very important.
Nonlinear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) frame under earthquake loading is performed in this paper on the basis of a hysteretic moment-curvature relation. Unlike previous analytical moment-curvature relations which take into account the flexural deformation only with the perfect-bond assumption, by introducing an equivalent flexural stiffness, the proposed relation considers the rigid-body-motion due to anchorage slip at the fixed end, which accounts for more than 50% of the total deformation. The advantage of the proposed relation, compared with both the layered section approach and the multi-component model, may be the ease of its application to a complex structure composed of many elements and on the reduction in calculation time and memory space. Describing the structural response more exactly becomes possible through the use of curved unloading and reloading branches inferred from the stress-strain relation of steel and consideration of the pinching effect caused by axial force. Finally, the applicability of the proposed model to the nonlinear dynamic analysis of RC structures is established through correlation studies between analytical and experimental results.
This paper presents the results of a study on the capability of nonlinear quasi-static finite element modelling in simulating the hysteretic behaviour of CFRP and GFRP-retrofitted RC exterior beam-column joints under cyclic loads. Four specimens including two plain and two CFRP/GFRP-strengthened beam-column joints tested by Mahini and Ronagh (2004) and other researchers are modelled using ANSYS. Concrete in compression is defined by the modified Hognestad model and anisotropic multi-linear model is employed for modelling the stress-strain relations in reinforcing bars while anisotropic plasticity is considered for the FRP composite. Both concrete and FRP are modelled using solid elements whereas space link elements are used for steel bars considering a perfect bond between materials. A step by step load increment procedure to simulate the cyclic loading regime employed in the testing. An automatically reforming stiffness matrix strategy is used in order to simulate the actual seismic performance of the RC concrete after cracking, steel yielding and concrete crushing during the push and pull loading cycles. The results show that the hysteretic simulation for all specimens is satisfactory and therefore suggest that the numerical model can be used as an inexpensive tool to design of FRP-strengthened RC beam-column joints under cyclic loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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