In this study, the flexural behaviors of full-scale prestressed concrete box girders are experimentally investigated. Four girders were fabricated using two types of concrete (compressive strengths: 50 MPa and 70 MPa) and tested under four-point bending until failure. The measured parameters included the deflection, the stress and strain in concrete and steel bars, and cracks in concrete. The measurement results were used to analyze the failure mode, load-bearing capacity, and deformability of each girder. A finite element model is established to simulate the flexural behaviors of the girders. The results show that the use of high-performance concrete and reasonable combination of prestressed tendons could improve the mechanical performance of the box girders, in terms of the crack resistance, load-carrying capacity, stress distribution, and ductility.
The effectiveness of a technique for the repair of reinforced concrete members in combination with a technique for the repair of masonry walls of infilled frames, damaged due to cyclic loading, is experimentally investigated. Three single - story, one - bay, 1/3 - scale frame specimens are tested under cyclic horizontal loading, up to a drift level of 4%. One bare frame and two infilled frames with weak and strong infills, respectively, have been tasted. Specimens have spirals as shear reinforcement. The applied repair technique is mainly based on the use of thin epoxy resin infused under pressure into the crack system of the damaged RC joint bodies, the use of a polymer modified cement mortar with or without a fiberglass reinforcing mesh for the damaged infill masonry walls and the use of CFRP plates to the surfaces of the damaged structural RC members, as external reinforcement. Specimens after repair, were retested in the same way. Conclusions concerning the effectiveness of the applied repair technique, based on maximum cycles load, loading stiffness, and hysteretic energy absorption capabilities of the tested specimens, are drawn and commented upon.
An investigation of the effectiveness of the interface treatment when column concrete jacketing is performed is presented. Alternative methods of interface connection were used in order to investigate the performance of strengthened concrete columns. These connecting techniques involved roughening the surface of the original column, embedding steel dowels into the original column and a combination of these two techniques. The experimental program included three strengthened specimens, one original specimen (unstrengthened) and one as-built specimen (monolithic). The specimens represented half height full-scale old Greek Code (1950's) designed ground floor columns of a typical concrete frame building. The jackets of the strengthened specimens were constructed with shotcrete. All specimens were subjected to displacement controlled earthquake simulation loading. The seismic performance of the strengthened specimens is compared to both the original and the monolithic specimens. The comparison was performed in terms of strength, stiffness and hysteretic response. The results demonstrate the effectiveness of the strengthening methods and indicate that the proper construction of a jacket can improve the behaviour of the specimens up to a level comparable to monolithic behaviour. It was found that different methods of interface treatment could influence the failure mechanism and the crack patterns of the specimens. It was also found that the specimen that combined roughening with dowel placement performed the best and all strengthened columns were better at dissipating energy than the monolithic specimen.
Liu, Yongjian;Xiong, Zhihua;Feng, Yuncheng;Jiang, Lei
Steel and Composite Structures
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v.24
no.4
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pp.455-465
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2017
This paper presents a series of ultimate and fatigue experimental investigation on concrete-filled rectangular hollow section (CRHS) X joints with Perfobond Leister rib (PBR) under tension. A total of 15 specimens were fabricated, in which 12 specimens were tested under ultimate tension and 3 specimens were investigated in fatigue test. Different parameters including PBR stiffening, brace-to-chord ratio (${\beta}$) and inclined angle (${\theta}$) were considered in the test. Each joint was tested to failure under tension load. Obtained from test result, PBR was found to improve the tension strength and fatigue durability of CRHS joint substantially. Concrete dowel consisted by PBR and concrete inside the chord stiffened the joint, which leaded to a combination failure mode of punching shear and chord plastification of CRHS joint under tension. Finite element analysis validated the compound failure mode. Stress concentration on typical spot of CRHS joint was mitigated by PBR which was observed from fatigue test. Initial fatigue crack presented in CRHS joint with PBR also differentiated with the counterpart without PBR.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.51-58
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2008
A constitutive model based on a combination of a micromechanics-based weakened interface elastic model (Lee and Pyo, 2007) and a crack nucleation model (Karihaloo and Fu, 1989) is proposed to predict the effective elastic behavior of particle-reinforced composites. The model specifically considers imperfect interfaces in particles and microcracks in the matrix. To exercise the proposed constitutive model and to investigate the influence of model parameters on the behavior of the composites, numerical simulations on uniaxial tension tests were conducted. Furthermore, the present prediction is compared with available experimental data in the literature to verify the accuracy of the proposed constitutive model.
The Finite Element Analysis (FEA) is evidently a powerful tool for the analysis of structural concrete having nonlinearity and brittle failure properties. However, the result of FEA of structural concrete is sensitive to two modeling factors: the shear transfer coefficient (STC) for an open concrete crack and force convergence tolerance value (CONVTOL). Very limited work has been done to find the optimal FE Modeling (FEM) methodologies for structural concrete members strengthened with externally bonded FRP sheets. A total of 22 experimental deep beams with or without FRP flexure or/and shear strengthening systems are analyzed by nonlinear FEA using ANAYS program. For each experimental beams, an FE model with a total of 16 cases of modeling factor combinations are developed and analyzed to find the optimal FEM methodology. Two elements the SHELL63 and SOLID46 representing the material properties of FRP laminate are investigated and compared. The results of this research suggest that the optimal combination of modeling factor is STC of 0.25 and CONVTOL of 0.2. A SOLID 46 element representing the FRP strengthening system leads to better results than a SHELL 63 element does.
Chae, Hobyung;Kim, Woo Cheol;Kim, Heesan;Kim, Jung-Gu;Lee, Soo Yeol
Corrosion Science and Technology
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v.21
no.1
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pp.62-67
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2022
The objective of this study was to perform failure analysis of an inlet pipe located in a governor valve of a steam turbine in a district heating system. During the operation, the temperature of the governor valve was increased to as high as ~500 ℃, which induced thermal expansion of the inlet pipe along both axial and radial directions. While the inlet pipe did not have contact with the valve seat, the side plane of the upside was constrained by the casing part, which led the inlet pipe to experience stress field in the form of fatigue and creep. The primary crack was initiated at about 30 mm below the top where the complex stress field was anticipated. These results suggest that the main failure mechanism is a combination of thermal fatigue and creep during the operation supported by the observation of apparent beach marks on the fracture surface and pores near the cracks, respectively.
Effect of the joint details on the stress distribution over a slot structure has been studied in order to improve its fatigue life using a finite element analysis. The joint details of interest are the radius and height of scallop at the stiffener as well as the mis-alignment between the stiffener and longitudinal member. For a slot structure currently used, the stiffener heel is subjected to the maximum stress for a given external load, where is a potential fatigue crack initiation site. The stresses at the stiffener heel and toe decrease both by increasing the scallop radius and more significantly by increasing the mis-alignment while no notable effect of the scallop height on it is appreciated. A proper combination of these factors makes it possible to reduce the stresses at the stiffener heel and In, theoretically, more than 50%. This is attributed to the modification of the stress distribution over the slot structure including the transition of the maximum stressed region from the stiffener heel to the slot surface of the transverse web. Such then results in a g[eat improvement of the fatigue life of the slot structure.
Prefabricated exterior wall panel is the main non-load-bearing component of assembly building, which affects the comprehensive performance of thermal insulation and durability of the building. It is of great significance to develop new prefabricated exterior wall panel with durable and lightweight characteristics for the development of energy-saving and assembly building. In the prefabricated sandwich insulation hanging wall panel, the selection of material for the outer layer and the arrangement of the connector of the inner and outer wall layers affect the mechanical performance and durability of the wall panels. In this paper, high performance cement-based composites (HPFRC) are used in the outer layer of the new type wall panel. FRP bars are used as the interface connector. Through experiments and analysis, the influence of the arrangement of connectors on the mechanical behaviors of thin-walled composite wall panel and the panel with window openings under two working conditions are investigated. The failure modes and the role of connectors of thin-walled composite wallboard are analyzed. The influence of the thickness of the wall layer and their combination on the strain growth of the control section, the initial crack resistance, the ultimate bearing capacity and the deformation of the wall panels are analyzed. The research work provides a technical reference for the engineering design of the light-weight thin-walled and durable composite sandwich wall panel.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.21-29
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1993
In this paper, a probability-based reliability analysis was proposed based on a finite element method-based random vibration analysis and serviceability limit state of structures. The limit state model defined for the study is a serviceability limit state in terms of the more realistic crack failure that might cause the emission of radioactive materials. The SAP V-2 is used for a three-dimensional finite element analysis of concrete containment structure, and the reliability analysis is carried out by modifying HRAS reliability analysis program for this study. In this study, the load factors for the design of reinforced concrete cointainment structures in Korea are proposed by considering appropriate load combination criteria for design, and the results are compared with the present ASME code. The proposed load factors were proved to be in accordance with a set of code performance objective and showed consistency in the limit state probability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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