Milicevic, Ivan;Milosavljevic, Branko;Pavlovic, Marko;Spremic, Milan
Steel and Composite Structures
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v.36
no.3
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pp.321-337
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2020
Contemporary design and construction of steel-concrete composite structures employs the use of prefabricated concrete elements and demountable shear connectors in order to reduce the construction time and costs and enable dismantling of elements for their potential reuse at the end of life of buildings. Bolted shear connector with mechanical coupler is presented in this paper. The connector is assembled from mechanical coupler and rebar anchor, embedded in concrete, and steel bolt, used for connecting steel to concrete members. The behaviour and ultimate resistance of bolted connector with mechanical coupler in wide and narrow members were analysed based on push-out tests and FE analyses conducted in Abaqus software, with focus on concrete edge breakout and bolt shear failure modes. The effect of concrete strength, concrete edge distance and diameter and strength of bolts on failure modes and shear resistance was analysed. It was demonstrated that premature failure by breakout of concrete edge occurs when connectors are located 100 mm or closer from the edge in low-strength and normal-strength reinforced concrete. Furthermore, the paper presents a relatively simple model for hand calculation of concrete edge breakout resistance when bolted connectors with mechanical coupler are used. The model is based on the modification of prediction model used for cast-in and post-installed anchors loaded parallel to the edge, by implementing equivalent influence length of connector with variable diameter. Good agreement with test and FE results was obtained, thus confirming the validity of the proposed method.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.13
no.2
s.39
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pp.1-7
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2006
In this paper, warpage magnitude and shape of printed-circuit board in case that properties of core and thickness of solder resist are varied are investigated. The cause of warpage is coefficient of thermal expansion differences of stacked materials. Therefore, we need small difference of coefficient of thermal expansion that laminated material, and need to decrease asymmetric of top side and bottom side in structure shape. Also, we can control occurrence of warpage heightening hardness of core in laminated material. Composite material that make core are exploited in connection with the structural bending twisting coupling resulting from directional properties of fiber reinforced composite materials and from ply stacking sequence. If we use such characteristic, we can control warpage with change of material properties. In this paper, warpage of two layer stacked chip scale package is investigated, and evaluate improvement result using an experiment and finite element method tool.
While extensive efforts have been made in the past to develop finite element models (FEMs) for concrete-filled steel tubular columns (CFSTCs), these models may not be suitable to be used in some cases, especially in view of the utilisation of high strength steel and high strength concrete. A method is presented herein to predict the complete stress-strain curve of concrete subjected to tri-axial compressive stresses caused by axial load coupled with lateral pressure due to the confinement action in square and rectangular CFSTCs with normal and high strength materials. To evaluate the lateral pressure exerted on the concrete in square and rectangular shaped columns, an accurately developed FEM which incorporates the effects of initial local imperfections and residual stresses using the commercial program ABAQUS is adopted. Subsequently, an extensive parametric study is conducted herein to propose an empirical equation for the maximum average lateral pressure, which depends on the material and geometric properties of the columns. The analysis parameters include the concrete compressive strength ($f^{\prime}_c=20-110N/mm^2$), steel yield strength ($f_y=220-850N/mm^2$), width-to-thickness (B/t) ratios in the range of 15-52, as well as the length-to-width (L/B) ratios in the range of 2-4. The predictions of the behaviour, ultimate axial strengths, and failure modes are compared with the available experimental results to verify the accuracy of the models developed. Furthermore, a design model is proposed for short square and rectangular CFSTCs. Additionally, comparisons with the prediction of axial load capacity by using the proposed design model, Australian Standard and Eurocode 4 code provisions for box composite columns are carried out.
Shaheen, Yousry B.I.;Mahmoud, Ashraf M.;Refat, Hala M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.4
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pp.567-594
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2016
The main objective of the current research is estimating the flexural behavior of ferrocement Ribbed Plates reinforced with composite material. Experimental investigation was carried out on fifteen plates; their dimensions were kept constant at 1200 mm in length, 600 mm width and 100 mm thick but with different volume fraction of steel reinforcement and number of ribs. Test specimens were tested until failure under three line loadings with simply supported conditions over a span of 1100 mm. Cracking patterns, tensile and compressive strains, deformation characteristics, ductility ratio, and energy absorption properties were observed and measured at all stages of loadings. Experimental results were compared to analytical models using ANSYS 10 program. Parametric study is presented to look at the variables that can mainly affect the mechanical behaviors of the model such as the change of plate length. The results showed that the ultimate strength, ductility ratio and energy absorption properties of the proposed ribbed plates are affected by the volume fraction and the type of reinforcement, and also proved the effectiveness of expanded metal mesh and woven steel mesh in reinforcing the ribbed ferrocement plates. In addition, the developed ribbed ferrocement plates have high strength, ductility ratio and energy absorption properties and are lighter in weight compared to the conventional RC ribbed plates, which could be useful for developed and developing countries alike. The Finite Element (FE) simulations gave good results comparing with the experimental results.
Existing design codes for steel-concrete composite structures give only general information about the shear connection provided by headed studs in group arrangement. Grouting of the openings in prefabricated concrete slabs, where the grouped headed studs are placed in the deck pockets is alternative to cast-in-place decks to accomplish fast execution of composite structures. This paper considers the possibility to reduce the distance between the studs within the group, bellow the Eurocode limitations. This may lead to increased competitiveness of the prefabricated construction because more studs are placed in the group if negative effectives of smaller distances between studs are limited. The main purpose of this work is to investigate these limits and propose an analytical calculation model for prediction of the shear resistance of grouped stud arrangements in the deck pockets. An advanced FEA model, validated by results of push-out experiments, is used to analyze the shear behavior of the grouped stud with smaller distance between them than recommended by EN 1994-1. Calculation model for shear resistance, which is consistent with the existing Eurocode rules, is proposed based on a newly introduced equivalent diameter of the stud group, $d_G$. The new calculation model is validated by comparison to the results of FE parametric study. The distance between the studs in the longitudinal direction and the number of stud rows and columns in the group are considered as the main variables.
Concrete filled steel tubular (CFST) composite girder is a new type of structures for bridge constructions. The existing design codes cannot be used to predict the thermal stress in the CFST truss girder structures under solar radiation. This study is to develop the temperature gradient curves for predicting thermal stress of the structure based on field and laboratory monitoring data. An in-field testing had been carried out on Ganhaizi Bridge for over two months. Thermal couples were installed at the cross section of the CFST truss girder and the continuous data was collected every 30 minutes. A typical temperature gradient mode was then extracted by comparing temperature distributions at different times. To further verify the temperature gradient mode and investigate the evolution of temperature fields, an outdoor experiment was conducted on a 1:8 scale bridge model, which was installed with both thermal couples and strain gauges. The main factors including solar radiation and ambient temperature on the different positions were studied. Laboratory results were consistent with that from the in-field data and temperature gradient curves were obtained from the in-field and laboratory data. The relationship between the strain difference at top and bottom surfaces of the concrete deck and its corresponding temperature change was also obtained and a method based on curve fitting was proposed to predict the thermal strain under elevated temperature. The thermal stress model for CFST composite girder was derived. By the proposed model, the thermal stress was obtained from the temperature gradient curves. The results using the proposed model were agreed well with that by finite element modelling.
For steel-concrete girders made composite using shear studs, initial damage on studs induced by weld defect, unexpected overloading, fatigue and others might degrade the service performance and even threaten the structural safety. This paper conducted a numerical study to investigate the static behavior of damaged stud shear connectors that were embedded in ultra high performance concrete (UHPC). Parameters included damage degree and damage location. The material nonlinear behavior was characterized by multi-linear stress-strain relationship and damage plasticity model. The results indicated that the shear strength was not sensitive to the damage degree when the damage occurred at 2/3d (d is the stud diameter) from the stud root. An increased stud area would be engaged in resisting shear force as the distance of damage location from stud root increased and the failure section becomes inclined, resulting in a less reduction in the shear strength and shear stiffness. The reduction factor was proposed to consider the degradation of the shear strength of the damaged stud. The reduction factor can be calculated using two approaches: a linear relationship and a square relationship with the damage degree corresponding to the shear strength dominated by the section area and the nominal diameter of the damaged stud. It was found that the proposed method is preferred to predict the shear strength of a stud with initial damage.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.2
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pp.197-206
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2016
This study carried out structural behaviors and power generation performances of customized energy harvesting block structures, especially for infrastructures such as parking facility. The improved energy block structures described in this study were represented by using numerical and experimental models. In particular, the composite-PZT hybrid energy blocks are tentatively proposed for better structural durability and power generation effects. The finite element model using ABAQUS program is used for studying static and dynamic characteristics of block structures made of composite materials. In addition, we evaluated the various power generation capacities of advanced energy block structures through laboratory-scale and field experiments.
Kim, Sug-Won;Kim, Wan-Ki;Woo, Kee-Do;Ahn, Haeng-Keun
Journal of Korea Foundry Society
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v.20
no.6
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pp.377-385
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2000
Al matrix composites as the most promising MMCs can be expected to be excellent engineering materials in the nearest future. So as to improve material properties of composite, many manufacturing processes have been developed. Among them, squeeze casting process which offers fine microstructure and near-net-shape is one of the most successful MMCs manufacturing processes. But, in case of with subsieve size particles (under 44 ${\mu}m$), it is very difficult to homogeneously distribute particles in matrix of Al matrix composite by various casting processes, including squeeze casting used so far. Duplex process which was developed in previous study was used to distribute the particle of subsieve size more homogeneously in matrix of Al matrix composite. Microstructures, wear and heat resistance characterization of Al-Si-Cu-Mg-(Ni)/SiCp manufactured by duplex process were examined to clarify the effect of manufacturing conditions, particle size of reinforcement and alloying elements. Al matrix composites reinforced with SiCp(10 ${\mu}m$) have the lowest wear amount among composites reinforced with 3 ${\mu}m$, 5 ${\mu}m$ and 10 ${\mu}m$ SiCp. The wear amount of Al matrix composites with 10 wt.% SiCp(3, 5, 10 ${\mu}m$) was decreased according to the increase of the sliding speed because abrasive wear takes place at high sliding speed of 4m/s and worn debris with block type occurs at low sliding speed of 1m/s. As for heat resistance, it is made clear that remarkable heat resistance property can be obtained by addition of Ni element in Al matrix composites.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.1-10
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2013
Probabilistic nonlinear first ply failure loads of flat composite panels and nonlinear buckling loads of curved composite panels with cutouts are estimated to provide the more reliable main load carrying structure in the renewable energy industry and offshore structures. The response surface method approximates limit state surface to a second order polynomial form of random variables with the results of deterministic finite element analyses at given sampling design points. Furthermore, the iterative linear interpolation scheme is used to obtain a more accurate approximation of the limit state surface near the most probable failure point (MPFP). The advanced first order second moment method and the Monte Carlo method are performed on an approximated limit state surface to evaluate the probability of failure. Finally, the sensitivity of the reliability index with respect to transformed random variables is investigated to figure out the main random variables that have an effect on failures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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