Kim, Young-Seek;Kim, Hyeong-Gook;Park, Cheon-Beom;Kim, Sang-Woo;Kim, Kil-Hee
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.1-9
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2017
Spiral reinforcement in a circular column plays an effective role in the ductile behavior of a column through position fixing and buckling restraining of the longitudinal reinforcement, and confining core-concrete. Each country has suggested the minimum volumetric ratio of spiral reinforcement in order to secure the ductility of concrete columns. The minimum volumetric ratio of spiral reinforcement suggested by ACI 318-14 and the national concrete structure design standard was developed based on the theory of Richard et al. (1928); furthermore it has been used until now. However, their theory cannot consider the effects of high strength concrete and high strength reinforcement, and arrangement condition of the spiral reinforcement. In this study, a modified minimum volumetric ratio equation is suggested, which is required to improve the ductility of reinforced concrete circular columns and to recover their stress. The modified minimum volumetric ratio equation suggested here considers the effect of the compressive strength of concrete, the yield strength of spiral reinforcement, the cross sectional area of columns, the pitch of spiral reinforcements and the diameter of spiral reinforcement. In this paper, the validity of the minimum volumetric ratios from ACI 318-14 and this study was investigated and compared based on the results of uniaxial compression experiment for specimens in which the material strength and the spiral reinforcements ratio were used as variables. In the end of the study, the modification method for the suggested equation was examined.
The flexural strength of composite HSB hybrid I-girders under positive moment is investigated by the moment-curvature analysis method to evaluate the applicability of the current AASHTO LRFD design specification to such girders. The hybrid girders are assumed to have the top flange and the web fabricated from HSB600 steel and the bottom flange made of HSB800 steel. More than 6,200-composite I-girder sections that satisfy the section proportion limits of AASHTOL RFD specifications are generatedby the random sampling technique to consider a statistically meaningful wide range of section properties. The flexural capacities of the sections are calculated by the nonlinear moment-curvature analysis in which the HSB600 and HSB800 steels are modeled as an elastoplastic, strain-hardening material and the concrete as CEB-FIP model. The effects of ductility ratio and compressive strength of concrete slab on the flexural strength of composite hybrid girders make of HSB steels are analyzed. Numerical results indicated that the current AASHTO-LRFD equation can be used to calculate the flexural strength of composite hybrid girders fabricated from HSB steel.
Half-P.C. slab system is the composite structural system which utilizes precast concrete for lower portion and cast in situ concrete for upper portion slab. When the composite slab using Half P.C. slab is deformed by flexural moment, horizontal shear happened at the interface between Half P.C. slab and topping concrete. To resist horizontal shear strength a scratch method has tried. To determine ultimate interface shear strength, shear stress, and shear coefficient, high and normal strength concrete are used for topping concrete. Major variables are compressive strength of topping concrete with or without shear reinforcement, quantitative roughness of the P.C. :surface and tie or untie of the stud with welded deformed wire fabric in the P.C. member. The Icross sectional area on joints is 3,200 $cm^2$ in all specimens. Test results showed that shear stress increased, as the depth of the quantitative roughness increased. The horizontal shear strength could be resisted with safe by the quantitative roughness without shear tie. A shear coefficient determinant equation is proposed such that K = 0.025918 + 0.0068894$\cdot$R – 0.000182354${\cdot}R^2$
Microcracks can rapidly grow and develop in high-strength steels used in offshore structures. It is important to render these microcracks harmless to ensure the safety and reliability of offshore structures. Here, the dependence of the aspect ratio (As) of the maximum depth of harmless crack (ahlm) was evaluated under three different conditions considering the threshold stress intensity factor (Δkth) and residual stress of offshore structural steel F690. The threshold stress intensity factor and fatigue limit of fatigue crack propagation, dependent on crack dimensions, were evaluated using Ando's equation, which considers the plastic behavior of fatigue and the stress ratio. ahlm by peening was analyzed using the relationship between Δkth obtained by Ando's equation and Δkth obtained by the sum of applied stress and residual stress. The plate specimen had a width 2W = 12 mm and thickness t = 20 mm, and four value of As were considered: 1.0, 0.6, 0.3, and 0.1. The ahlm was larger as the compressive residual stress distribution increased. Additionally, an increase in the values of As and Δkth(l) led to a larger ahlm. With a safety factor (N) of 2.0, the long-term safety and reliability of structures constructed using F690 can be secured with needle peening. It is necessary to apply a more sensitive non-destructive inspection technique as a non-destructive inspection method for crack detection could not be used to observe fatigue cracks that reduced the fatigue limit of smooth specimens by 50% in the three types of residual stresses considered. The usefulness of non-destructive inspection and non-damaging techniques was reviewed based on the relationship between ahlm, aNDI (minimum crack depth detectable in non-destructive inspection), acr N (crack depth that reduces the fatigue limit to 1/N), and As.
Modification of general Hoek and Brown criterion is carried out to estimate the shaft resistance of drilled shaft socketed into rock mass. Since the general Hoek-Brown criterion can consider the in-situ state of the rock mass, the proposed method, estimating the unit shaft resistance of drilled shafts based on the Hoek-Brown criterion, has increased flexibility compared to other methods exclusively considering uniaxial compressive strength of intact rocks. The proposed method can form the upper and lower bounds, and most culled data (from 21 pile load tests) from the literature can be found between these two bounds. A comparison between the estimated and observed unit shaft resistances shows quite a good correlation even with crude assumptions for the input parameters. The best-fit line drawn from this analysis shows that at the lower strength of intact rocks (up to 10MPa), Horvath and Kenney's equation shows a good correlation with the measured values, and fur strong rocks Rosenberg and Journeaux's equation provides a close estimation with colleted data. The results of parametric studies for GSI and confining stress show that the normalized unit shaft resistance increases with these two factors. In addition, coefficient of the equational form of the estimation can vary with GSI and confining stresses.
Recent advances in material technology has accelerated the development of higher strength concretes using lightweight manufactured aggregates.Concretes with these chnractcristics are designable since the reductiun of dead loads and the increase in load capacity can oflix substantial cost reductions. Alt,hough thesc rharackristics are very desirable, very little information is availablc to the structural rivic;~~,cher about the properties of highstrength lightweight concrete. In general, shear strength of reinforced concrete beams is dependent on the compressive strength of concrete. the longitudinal steel ratio, the shear span to the depth ratio and shear reinforcement. In this study. eight single reinforced high strength lightweight concrete beams were tested to investigate their behavior and to determine their ultimate shear strengths.The variables studied in this investigation are shear span to effective depth ratio a/d = 1.5. 2.5, 3.5 and 4.5 : vertical shear reinforcement ratio ${\rho}_8= 0%$ and 1.136%. Test results were analyzed and compared with strengths predicted by ACI code equation. Zsutty's equation. As the results, ACI Eq.(ll-3) and ACI Eq.(ll-6) are conservative for high strength lightweight concrete beam. Also Zsuttyrs Eq. is conservative for beams except short beams. (a/d= 1.5)
Foamed concrete for cast-in-site, which shows excellent lightweight, thermal insulation, noise insulation, constructability and cost efficiency, has been applied as thermal insulation or filling material for On-dol. However, the technology is too insufficient to obtain the high level of quality, and serious problems often occur in quality control at sites. It, thus, is necessary to establish the proper and reasonable quality control method for ensuring the required quality, based on the investigation on the physical properties and their reciprocal relation. This study aims to settle the quality control method in case of applying FA foamed concrete replacing 40% by weight with fly-ash as the filling material for On-dol. The results of the study include the correlation among flow, as-placed density and foam ratio of fresh foamed concrete, the correlation between physical properties before hardening and after 28-day, provision of an equation to estimate 28-day compressive strength early with 7-day compressive strength, and suggestion of quality criteria for the revision of KS on foamed concrete for cast-in-site.
In this study, fifteen reinforced high-strength lightweight concrete(HLC)beams were tested to investigate shear behavior of specimens according to shear reinforcement ratio. Test variables are shear span to effective depth ratio(a/d=2.5, 3.5, 4.5) and shear reinforcement ratio(0~1.0${\rho}_{v,ACI}$). Concrete compressive strength and tensile steel reinforcement ratio are constantly 439kg/$cm^2$ and 0.0203, respectively. Test results for the HLC beams showed that ACI code equation underestimates the shear strength of concrete($V_c$), and overestimates the shear strength of shear reinforcements($V_s$). It is revealed that the effectivenesses of shear reinforcements of reinforced HLC beams are lower than those of normal weight concrete beams. Then, the shear strengths of shear reinforcements are increased in proportion not to first degree of shear reinforcement ration but to square root of them.
Many novel materials, developed in recent years, have obvious properties with different modulus of elasticity in tension and compression. The ratio of their tensile modulus to compressive modulus is as high as five times. Nowadays, it has become a new trend to study the mechanical properties of these bimodular materials. At the present stage, there are extensive studies related to the strength analysis of bimodular structures, but the investigation of the buckling stability problem of bimodular rods seems to cover new ground. In this article, a semi-analytical method is proposed to acquire the buckling critical load of bimodular slender rod. By introducing non-dimensional parameters, the position of neutral axis of the bimodular rod in the critical state can be determined. Then by combining the phased integration method, the deflection differential equation of bimodular pin-ended slender rod is deduced. In addition, the buckling critical load is obtained by solving this equation. An example, which is conducted by comparing the calculation results between the three of the methods including the laboratory tests, numerical simulation method and the method we developed here, shows that the method proposed in the present work is reliable to use. Furthermore, the influence of bimodular characteristics on the stability is discussed and analyzed.
The mechanical behavior of prestressed concrete haunched beams (PSHBs) was investigated in depth using a finite element modeling technique in this study. The efficiency of finite element modeling was investigated in the first stage by taking into account a previous study from the literature. The first stage's findings suggested that finite element modeling might be preferable for modeling PSHBs. In the second stage of the research, a comprehensive parametric study was carried out to determine the effect of each parameter on PSHB load capacity, including haunch angle, prestress level, compressive strength, tensile reinforcement ratio, and shear span to depth ratio. PSHBs and prestressed concrete rectangular beams (PSRBs) were also compared in terms of capacity. Stochastic analysis was used in the third stage to define the uncertainty in PSHB capacity by taking into account uncertainty in geometric and material parameters. Standard deviation, coefficient of variation, and the most appropriate probability density function (PDF) were proposed as a result of the analysis to define the randomness of capacity of PSHBs. In the study's final section, a new equation was proposed for using symbolic regression to predict the load capacity of PSHBs and PSRBs. The equation's statistical results show that it can be used to calculate the capacity of PSHBs and PSRBs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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