Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.6
s.183
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pp.119-127
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2006
A non-destructive time domain approach to examine structural damage using parameterized partial differential equations and Galerkin approximation techniques is presented. The time domain analysis for damage detection is independent of modal parameters and analytical models unlike frequency domain methods which generally rely on analytical models. The time history of the vibration response of the structure was used to identify the presence of damage. Damage in a structure causes changes in the physical coefficients of mass density, elastic modulus and damping coefficients. This is a part of our ongoing effort on the general problem of modeling and parameter estimation for internal damping mechanisms in a composite beam. Namely, in detecting damage through time-domain or frequency-domain data from smart sensors, the common damages are changed in modal properties such as natural frequencies, mode shapes, and mode shape curvature. This paper examines the use of beam-like structures with piezoceramic sensors and actuators to perform identification of those physical parameters, and detect the damage. Experimental results are presented from tests on cantilevered composite beams damaged at different locations and different dimensions. It is demonstrated that the method can sense the presence of damage and obtain the position of a damage.
Shaheen, Yousry B.I.;Eltaly, Boshra A.;Abdul-Fataha, Samer G.
Structural Engineering and Mechanics
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v.50
no.6
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pp.817-834
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2014
An experimental program was designed in the current work to examine the structural behavior of ferrocement beams reinforced with composite materials under three point loadings up to failure. The experimental program comprised casting and testing of twelve ferrocement beams having the dimensions of 120 mm width, 200 mm depth and 1600 mm length. The twelve beams were different in the type of reinforcements; steel bars, traditional wire meshes (welded and expanded wire meshes) and composite materials (fiberglass wire meshes and polypropylene wire meshes). The flexural performances of the all tested beams in terms of strength, ductility, cracking behavior and energy absorption were investigated. Also all the tested beams were simulated using ANSYS program. The results of the experimental tests concluded that the beam with fiber glass meshes gives the lowest first crack load and ultimate load. The ferrocement beam reinforced with four layers of welded wire meshes has better structural behavior than those beams reinforced with other types of wire meshes. Also the beams reinforced with metal wire meshes give smaller cracks width in comparing with those reinforced with non-metal wire meshes. Also the Finite Element (FE) simulations gave good results comparing with the experimental results.
The composite system, which is consisted of the steel girder and reinforced concrete column has some advantages in the structural efficiency and the construction productivity by complementing the shortcomings between the two materials. This research is aimed at the development of the composite beam-column connection system by which the steel beam can be connected to the R/C column with smooth stress transfer. And, to ensure safety of this system, the tests of moment and shear resisting performance have been carried out for actual size specimen. From the test, the connection system has been preyed to take good resistance and stress transfer between steel girder and reinforced concrete column.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.5
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pp.73-82
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2004
This paper presents the study on damage diagnosis of an intelligent cantilevered beams using PZT actuator and PVDF sensor This study provides the theoretical and experimental verification to examine structural damage. Time domain analysis for the non-destructive detection of damage is presented by parameterized partial differential equations and Galerkin approximation techniques. The time histories of the vibration response of structure were used to identify the presence of damage. Furthermore, this systematic approach permits one to use the piezomaterials to both excite and sense the vibration of structures. We also carried out the experimental verification about reliability of theoretical methods fur detecting the damage of a composite beam with PZT actuator and PVDF sensor. Experimental results are presented from tests on cantilevered composite beams which is damaged at different location and different dimensions. The results were compared with the simulation results. Good agreement between the results was found for the time shifts and amplitude difference in transients response of the cantilevered beam.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.5
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pp.9-18
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2014
Interface behavior and confining effects of concrete-infilled steel tube (CFT) composite beam were investigate based on the experimental observations and numerical analyses. For this purpose, laboratory four-points bending tests were performed for the two test specimens of 1,000mm long CFT composite beams. The test beams were made of ${\phi}110mm$ and 4.5mm thick steel tube and 10mm thick steel web and bottom flange. Therefore, concrete infilled in steel tube was in compression through the entire cross section due to the web and bottom flange. Two end section conditions, with end section cap and without end section cap, were considered in experiments to monitor the relative slip displacement at ends and induce confining effects at center. In numerical aspects, finite element analysis considering steel-concrete interface behavior was performed and compared to the experimental results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.3
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pp.104-111
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2020
The purpose of this study is to investigate the flexural behavior and plastic hinge of reinforced concrete-ECC composite beams. Ordinary portland cement was used as a binder, and high volume fly ash was also used to improve the properties of ECC. An ECC designed in this study showed high tensile strain capacity of 3.0%. Three types of beams were manufactured according to the replacement length of concrete with ECC. From the bending tests, it was found that load-bearing capacity as well as ductility of beam increased with an increase in the replacement length of concrete with ECC. Curvature ductility and plastic hinge length of beam were also increased.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.52-62
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2015
This study aims at developing a new seismic resistant method by using precast concrete wall panels for existing low-rise, reinforced concrete beam-column buildings such as school buildings. Three quasi-static hysteresis loading tests were performed on one unreinforced beam-column specimen and two reinforced specimens with U-type precast wall panels. Top shear connection of the PC panel was required to show the composite strength of RC column and PC wall panel. However, the strength of the connection did not influence directly on the ultimate loading capacities of the specimens in the positive loading because the loaded RC column push the side of PC wall panel and it moved horizontally before the shear connector receive the concentrated shear force in the positive loading process. Under the positive loading sequence(push loading), the reinforced concrete column and PC panel showed flexural strength which is larger than 97% of the composite section because of the rigid binding at the top of precast panel. Similar load-deformation relationship and ultimated horizontal load capacities were shown in the test of PR1-LA and PR1-LP specimens because they have same section dimension and detail at the flexural critical section. An average of 4.7 times increase in the positive maximum loading(average 967kN) and 2.7 times increase in the negative maximum loading(average 592.5kN) had resulted from the test of seismic resistant specimens with anchored and welded steel plate connections than that of unreinforced beam-column specimen. The maximum drift ratios were also shown between 1.0% and 1.4%.
In composite structures, shear connectors are crucial components to resist the relative slip between the steel and concrete, and thereby to achieve the composite actions. In the service stage, composite structures are usually in elastic state, so the elastic stiffness of the shear connection is a quite important parameter in the structural analysis of composite structures. Nevertheless, the existing studies mainly focus on the load-slip relationship rather than the tangent stiffness at the initial elastic stage. Furthermore, when composite beams subjected to torque or local load, shear connections are affected by both tensile force and shear force. However, the stiffness of shear connections under combined effects appears not to have been discussed hitherto. This paper investigates the initial elastic stiffness of stud connections under combined effects of biaxial forces. The initial expression and the relevant parameters are obtained by establishing a simplified analytical model of the stud connection. Afterwards, parametric finite element analysis is performed to investigate the effects of the relevant factors, including the stud length, stud diameter, elastic modulus of concrete, elastic modulus of steel and volume ratio of reinforcement. The feasibility of the proposed modelling has been proved by comparing with sufficient experimental tests. Based on the analytical analysis and the extensive numerical simulations, design equations for predicting the initial elastic stiffness of stud connections are proposed. The comparison between the equations and the data of finite element models demonstrates that the equations are accurate enough to serve for engineering communities.
A new through-beam connection system for a concrete filled steel tube column to RC beam is proposed. In this connection, there are openings on the steel tube while the reinforced concrete beams are continuous in the joint zone. The moment and shear force at the beam ends can be transferred to column by continuous rebar and concrete. The weakening of the axial load and shear bearing capacity due to the opening of the steel tube can be compensated by strengthening steel tube at joint zone. Using this connection, construction of the joint can be made more convenient since welding and hole drilling in situ can be avoided. Axial compression and reversed cyclic loading tests on specimens were carried out to evaluate performance of the new beam-column connection. Load-deflection performance, typical failure modes, stress and strain distributions, and the energy dissipation capacity were obtained. The experimental results showed that the new connection have good bearing capacity, superior ductility and energy dissipation capacity by effectively strengthen the steel tube at joint zone. According to the test and analysis results, some suggestions were proposed to design method of this new connection.
As the key part in the reinforced concrete column-steel beam (RCS) frame, the beam-column joints are usually subjected the axial force, shear force and bending moment under seismic actions. With the aim to study the seismic behavior of RCS joints with and without RC slab, the quasi-static cyclic tests results, including hysteretic curves, slab crack development, failure mode, strain distributions, etc. were discussed in detail. It is shown that the composite action between steel beam and RC slab can significantly enhance the initial stiffness and loading capacity, but lead to a changing of the failure mode from beam flexural failure to the joint shear failure. Based on the analysis of shear failure mechanism, the calculation formula accounting for the influence of RC slab was proposed to estimate shear strength of RCS joint. In addition, the finite element model (FEM) was developed by ABAQUS and a series of parametric analysis model with RC slab was conducted to investigate the influence of the face plates thickness, slab reinforcement diameter, beam web strength and inner concrete strength on the shear strength of joints. Finally, the proposed formula in this paper is verified by the experiment and FEM parametric analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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