Retrofitting is an alteration of existing member or component of the structure. In civil engineering point of view, it is called strengthening of the old structure. Deterioration of structures may be due to aging, corrosion, failure of joints, earthquake forces, increase in service loads, etc. Such structures need urgent repair, retrofitting and strengthening to avoid collapse, cracking and loss in strength or deflection. Advanced techniques are required to be developed for the repair of structural components to replace conventional techniques. This paper focuses exclusively on torsional behaviour of Reinforced Concrete (RC) beams and retrofitted RC beams wrapped with aramid fiber. Beams were retrofitted with aramid fiber by full wrapping and in the form of 150 mm wide strips at a spacing of 100 mm, 150 mm, 200 mm respectively using epoxy resin and hardener. A total 15 numbers of RC beams of 150 mm×300 mm×1300 mm in size were cast, 3 beams are tested as control specimens, and 12 beams are tested for torsion up to the failure and then retrofitted with aramid fiber. Experimental results are validated with the help of data obtained by finite element analysis using ANSYS. The full wrapping configuration of aramid fiber regains 105% strength after retrofitting. With the increase in spacing of fabric material, torsional strength reduces to 82% with about 45% saving in material.
Geometric nonlinearity can significantly affect load-carrying capacity of slender columns. Dependence of structural stability on columns necessitates the consideration of second-order effects in the design process of columns, appropriately. On the whole, the design codes present a simplified procedure for second order analysis of slender columns. In this approximate method, the end moments of columns resulted from linear analysis (first-order) are multiplied by the recommended moment amplification factors of codes to achieve magnified moments of the second-order analysis. In the other approach, the equilibrium equations are directly solved for the deformed configuration of structure, so the resulting moments and deflections contain the influence of slenderness and increase more rapidly than do loads. The aim of this study is to evaluate the accuracy of moment amplification factors of Iranian national building code whose provisions are similar to the ACI requirement. Herein, finite element method is used to achieve magnified end moments of reinforced concrete moment resisting frames, and the outcomes are compared with the moments acquired based on the proposed approximate method by Iranian national building code. The results show that the approximate method of Iranian code for calculating magnified moments has significant errors for both unbraced and braced columns.
Yun, Hyun-Do;Hwang, Jin-Ha;Kim, Mee-Yeon;Choi, Seung-Ho;Park, Wan-Shin;Kim, Kang Su
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.3
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pp.389-399
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2020
An infill wall made of high-performance fiber-reinforced cementitious composites (HPFRCC) was utilized in this study to strengthen the reinforced concrete (RC) frame structures that had not been designed for seismic loads. The seismic performance of the RC frame structures strengthened by the HPFRCC infill walls was investigated through the experimental tests, and the test results showed that they have improved strength and deformation capabilities compared to that strengthened by the RC infill wall. A simple numerical modeling method, called the modified longitudinal and diagonal line element model (LDLEM), was introduced to consider the seismic strengthening effect of the infill walls, in which a section aggregator approach was also utilized to reflect the effect of shear in the column members of the RC frames. The proposed model showed accurate estimations on the strength, stiffness, and failure modes of the test specimens strengthened by the infill walls with and without fibers.
Kim, Chang-Soo;Gong, Yu;Zhang, Xin;Hwang, Hyeon-Jong
Advances in concrete construction
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v.9
no.3
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pp.289-299
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2020
To investigate the long-term behavior of eccentrically loaded RC columns, which are more realistic in practice than concentrically loaded RC columns, long-term eccentric loading tests were conducted for 10 RC columns. Test parameters included concrete compressive strength, reinforcement ratio, bar yield strength, eccentricity ratio, slenderness ratio, and loading pattern. Test results showed that the strain and curvature of the columns increased with time, and concrete forces were gradually transferred to longitudinal bars due to the creep and shrinkage of concrete. The long-term behavior of the columns varied with the test parameters, and long-term effects were more pronounced in the case of using the lower strength concrete, lower strength steel, lower bar ratio, fewer loading-step, higher eccentricity ratio, and higher slenderness ratio. However, in all the columns, no longitudinal bars were yielded under service loads at the final measuring day. Meanwhile, the numerical analysis modeling using the ultimate creep coefficient and ultimate shrinkage strain measured from cylinder tests gave quite good predictions for the behavior of the columns.
Concrete pipes are considered important structures playing integral role in spread of cities besides transportation of gas as well as oil for far distances. Further, concrete structures under seismic load, show behaviors which require to be investigated and improved. Therefore, present research concerns dynamic stress and strain alongside deflection assessment of a concrete pipe carrying water-based nanofluid subjected to seismic loads. This pipe placed in soil is modeled through spring as well as damper. Navier-Stokes equation is utilized in order to gain force created via fluid and, moreover, mixture rule is applied to regard the influences related to nanoparticles. So as to model the structure mathematically, higher order refined shear deformation theory is exercised and with respect to energy method, the motion equations are obtained eventually. The obtained motion equations will be solved with Galerkin and Newmark procedures and consequently, the concrete pipe's dynamic stress, strain as well as deflection can be evaluated. Further, various parameters containing volume percent of nanoparticles, internal fluid, soil foundation, damping and length to diameter proportion of the pipe and their influences upon dynamic stress and strain besides displacement will be analyzed. According to conclusions, increase in volume percent of nanoparticles leads to decrease in dynamic stress, strain as well as displacement of structure.
Appropriate modeling of a tornado-like vortex is a prerequisite when studying the near-ground wind characteristics of a tornado and tornado-induced wind loads on structures. Both Ward- and ISU-type tornado simulators employ guide vanes to induce angular momentum to converge flow in order to generate tornado-like vortices. But in the Ward-type simulator, the guide vanes are mounted near the ground while in the ISU-type they are located at a high position to allow vertical circulation of flow that creates a rotating downdraft to generate a tornado-like vortex. In this study, numerical simulations were performed to reproduce tornado-like vortices using both Ward-type and ISU-type tornado simulators, from which the effects of rotating downdraft on the vortex characteristics were clarified. Particular attention was devoted to the wander of tornado-like vortices, and their dependences on swirl ratio and fetch length were investigated. The present study showed that the dynamic vortex structure depends significantly on the vortex-generating mechanism, although the time-averaged structure remains similar. This feature should be taken into consideration when tornado-like-vortex simulators are utilized to investigate tornado-induced wind forces on structures.
Effectively monitoring the concrete cracks is an urgent question to be solved in the structural safety monitoring while cracks in hydraulic concrete structures are ubiquitous. In this paper, two experiments are designed based on the measuring principle of Pulse-Pre pump Brillouin Optical Time Domain Analysis (PPP-BOTDA) utilizing Brillouin optical fiber sensor to monitor concrete cracks. More specifically, "V" shaped optical fiber sensor is proposed to determine the position of the initial crack and the experiment illustrates that the concrete crack position can be located by the mutation position of optical fiber strain. Further, Brillouin distributed optical fiber sensor and preinstall cracks are set at different angles and loads until the optical fiber is fractured. Through the monitoring data, it can be concluded that the variation law of optical fiber strain can basically reflect the propagation trend of the cracks in hydraulic concrete structures.
This paper proposes the force equations(thrust, moment) of corrugated steel culverts through the finite element method. The conditions for maximum thrust and maximum moment are determined from the analysis of soil-structure interaction during the three construction stages, such as backfill to the crown, backfill to the soil cover, and live loads. The proposed form of thrust and moment equations are deduced from the analysis of behaviour and the application of Castigliano's second theorem for the semi-arch structure. Finally, the coefficients used in the proposed equations are determined from a large number of analysis for the various geometries and the soil-structure relative stiffness under the conditions of maximum thrust and maximum moment.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.46
no.1
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pp.70-81
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2010
A mathematical model is formulated to study the effect of wall mass on the thermal performance of four different houses of different construction. This analytical study was motivated by the experimental work of Burch et al. An analytical solution of one -dimensional, linear, partial differential equation for wall temperature profiles and room air temperatures is obtained using the Laplace transform method. Typical Meteorological Year data are processed to yield hourly average monthly values. These discrete data are then converted to a continuous, time dependent form using a Fast Fourier Transform method. This study is conducted using weather data from four different locations in the United States: Albuquerque, New mexico; Miami, Florida; Santa Maria, California; and Washington D.C. for both winter and summer conditions. A computer code is developed to calculate the wall temperature profile, room air temperature, and energy consumption loads. Three sets of results are calculated one for no auxiliary energy and two for different control mechanism -- an on-off controller and a proportional controller. Comparisons are made for the cases of two controllers. Heavy weight houses with insulation in mild weather areas (such as August in Santa Maria, California) show a high comfort level. Houses using proportional control experience a higher comfort level in comparison to houses using on-off control. The result shows that there is an effect of mass on the thermal performance of a heavily constructed house in mild weather conditions.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.256-263
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2008
The assumed modes method is developed to derive a set of linear differential equations describing the motion of a flexible wind turbine blade and to propose an approach to investigate the forced responses result from various wind excitations. In this work, we have adopted Euler beam theory and considered that the root of the blade is clamped at the rigid hub. And the aerodynamic parameters and forces are determined based on Blade Element Momentum (BEM) theory and quasi-steady airfoil aerodynamics. Numerical calculations show that this method gives good results and it can be used fur modeling and the forced vibration analysis including the coupling effect of wind-turbine blades, as well as turbo-machinery blades, aircraft propellers or helicopter rotor blades which may be considered as straight non-uniform beams with built-in pre-twist.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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