The larger trends related to cracking in ocean going vessels (primarily tankers and bulk carriers) are reviewed on the basis of available data. The typical interrelated causes of such cracking are: high local stresses, extensive use of higher strength steels, inadequate treatment of dynamic loads, adverse operational factors (harsh weather, improper vessel handling), and controllable structural degradation (corrosion, wear, stevedore damage). Three consequences of cracking are then discussed: structural failure, pollution, and increased maintenance. The first two, while rare, are potentially of high consequence including loss of life. The types of solutions that can be employed to improve the durability of ships in the face of fatigue cracking are then presented. For existing vessels, these solutions range from repairs based on structural analysis or service experience, control of corrosion, and enhanced surveys. For new vessels, the use of advanced design procedures that specifically address dynamic loads and fatigue cracking is necessary. As the preferred solution to the problem of cracking in ships, this paper advocates prevention by explicit design by first principles.
프리캐스트 콘크리트 페널의 일종인 LB-DECK은 콘크리트 교량 바닥판의 시공시 LB-DECK 위에 현장타설되는 콘크리트와 합성 거동하는 영구 콘크리트 거푸집이다. 현행 LB-DECK은 두께가 60 mm인 콘크리트 슬래브와 슬래브 내부에 높이 125 mm인 lattice-girder들의 일부가 매립되어 있는 구조이다. 이러한 LB-DECK은 시공하중에 의해 종방향 균열이 발생하지 않도록 거더 간격이 충분히 작은 교량 바닥판 시공시 주로 적용되고 있다. 이 논문에서는 최근 강박스 교량과 같이 교량 바닥판의 지간장이 긴 교량에 LB-DECK를 적용할 경우 콘크리트 하부에 발생될 수 있는 종방향 균열을 최소화시키기 위하여, LB-DECK의 균열강도를 평가하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. LB-DECK 콘크리트 슬래브의 두께, lattice-girder의 높이, 그리고 top-bar의 지름을 변수로 하는 8종류 24개의 비합성 보부재와 4가지 종류의 합성 보부재 4개를 제작한 후 정적하중 재하실험을 수행하였다. 실험체에 대한 정적하중 재하 실험을 통해 각 실험체의 균열하중과 극한하중을 평가하였으며, 또한 최종 파괴시까지 중앙부 처짐, top-bar의 변형률, 콘크리트 슬래브의 균열 진전 양상 그리고 최종 파괴 형태를 살펴보았다. 각 실험체로부터 얻은 균열하중의 크기는 탄성해석을 통해 얻은 해석치와 비교하였다. 또한 콘크리트 건조수축이 균열강도에 미치는 영향을 파악하기 위하여 AEMM 방법을 이용한 장기 거동 해석을 수행하였다. 실험 결과를 토대로, 지간장이 긴 교량 바닥판에 LB-DECK 적용시, 균열 발생을 예방할 수 있도록 LB-DECK 콘크리트 슬래브의 균열강도와 설계상세를 검토하였다.
In this paper, a analytical model which can simulate the post-cracking behavior and tension stiffening effect in a reinforced concrete(RC) tension member is proposed. Unlike the classical approaches using the bond stress-slip relationship or the assumed bond stress distribution, the tension stiffening effect at post-cracking stage is quantified on the basis of polynomial strain distribution functions of steel and concrete, and its contribution is implemented into the reinforcing steel. The introduced model can be effectively used in constructing the stress-strain curve of concrete at post-cracking stage, and the loads carried by concrete and by reinforcing steel along the member axis can be directly evaluated on the basis of the introduced model. In advance, the prediction of cracking loads and elongations of reinforced steel using the introduced model shows good agreements with results from previous analytical studies and experimental data.
RC flat plates that have no flexural stiffness by boundary beams may be governed by a serviceability as well as a strength condition. A construction sequence and its impact on the distributions of construction loads among slabs tied by shores are decisive factors influencing immediate and long term performances of flat plate. Over-loading and tensile cracking in early-aged slabs significantly increase the deflection of a flat plate system under construction. A reshoring work may be helpful in reducing slab deflections by controlling the vertical distributions of construction loads in a multi-shored flat plate system. In this study, a change of construction loads by reshoring works and its effects on deflections of flat plate systems under construction are analyzed. The slab construction loads with various reshoring schemes are defined by a simplified method, and the practical calculation of slab deflections with considering construction sequences and concrete cracking effects is applied. From parametric studies, the reshoring works are verified to reduce construction loads and slab deflections.
A lifetime prediction of holddown spring screw in nuclear fuel assembly was performed using fracture mechanics approach. The spring screw was designed such that it was capable of sustaining the loads imposed by the initial tensile preload and operational loads. In order to investigate the cause of failure and to predict the stress corrosion cracking life of the screw, a stress analysis of the top nozzle spring assembly was done using finite element analysis. The elastic-plastic finite element analysis showed that the local stresses at the critical regions of head-shank fillet and thread root significantly exceeded than the yield strength of the screw material, resulting in local plastic deformation. Normalized stress intensity factors for PWSCC life prediction was proposed. Primary water stress corrosion cracking life of the Inconel 600 screw was predicted by using integration of the Scott model and resulted in 1.78 years, which was fairly close to the actual service life of the holddown spring screw.
The various deformation and fracture behaviors under light loads in soda-lime glass under sliding Vickers indentation have been studied. In soda-lime glass, deformation and fracture behaviors can be classified into four different patterns by applied load. At very light load (<0.1N), plastic deformation only occurred. At low loads (0.1~0.8N), median crack, appear. At intermediate loads (0.8~3.0N), median and lateral cracking occurred leading to a large chipping. At high loads (3.0~6.0N), a crushed zone was observed with median crack. The friction experiment finds that the increasing in the friction coefficients coincides with the onset of crushing in soda-lime glass.
Ruige Li;Yu Gao;Hongjian Lin;Mingfeng Huang;Chenghui Wang;Zhongzhi Hu;Lingyi Jin
Structural Engineering and Mechanics
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제89권5호
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pp.479-489
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2024
The cracking mechanism in ceramsite aerated concrete block (CACB) infill walls were studied in low seismic fortification intensity coastal areas with frequent occurrence of typhoons. The inter-story drifts of an eight-story residential building under wind loads and a seismic fortification intensity of six degrees were analyzed by using the PKPM software. The maximum inter-story drift ratio of the structure in wind load was found to be comparable to that under the seismic fortification intensity of six degrees. However, when accounting for the large gust wind speed of typhoon, the maximum inter-story drift ratio was much larger than that obtained under reference wind load. In addition, the finite element models of RC frames were employed by displacement loading to simulate two scenarios with and without window hole in the CACB infill walls, respectively. The simulation results show no signs of cracking in both the infill walls with window hole and those without window for the inter-story drift caused by seismic loads and the reference wind load. However, both types of infill walls experienced structural creaking when assessing the gust wind pressure recorded from previous typhoon monitoring. It is concluded that an underestimate of wind loads may contribute substantially to the cracking of frame CACB infill walls in low seismic fortification intensity coastal areas. Consequently, it is imperative to adopt wind pressure values derived from gust wind speeds in the design of CACB infill walls within frame structures. Finally, the future research directions of avoiding cracks in CACB filled walls were proposed. They were the material performance improving and building structure optimizing.
As various loads are applied to a reinforced concrete beam, cracks may occur by the influence of shear and bending moments. These cracks propagate as the applied loads are increased. In addition, the deflection of the reinforced beam is also increased at the same time. Even though it is commonly accepted that the cracking and the deflection of a reinforced concrete beam are very closely related, many studies have not been conducted to provide basic data and to develop the relationship between them. In this study total seventeen specimens subjected to bending were tested with different concrete strength, coverage, amount of steel and de-bonding bars. The effects of these parameters on the relationship between cracking and deflection were carefully checked and analyzed.
This research investigate the behavior of reinforced normal and lightweight aggregate concrete hollow core slabs with different core shapes, shear span to effective depth (a/d). The experimental work includes testing seven reinforced concrete slabs under two vertical line loads. The dimensions of slab specimens were (1.1 m) length, (0.6 m) width and (0.12 m) thickness. The maximum reduction in weight due to aggregate type was (19.28%) and due to cross section (square and circular) cores was (17.37 and 13.64%) respectively. The test results showed that the decrease of shear span to effective depth ratio from 2.9 to 1.9 for lightweight aggregate solid slab cause an increase in ultimate load by (29.06%) and increase in the deflection value at ultimate load or the ultimate deflection by (17.79%). The use of lightweight aggregate concrete in casting solid slabs give a reduction in weight by (19.28%) and in the first cracking and ultimate loads by (16.37%) and (5%) respectively for constant (a/d=2.9).The use of lightweight aggregate concrete in casting hollow circular core slabs with constant (a/d=2.9) (reduction in weight 32.92%) decrease the cracking and ultimate loads by (12%) and (5.18%) respectively with respect to the solid slab. These slab specimens were analyzed numerically by using the finite element computer program ANSYS. Good agreements in terms of behavior, cracking load (load at first visible crack) and ultimate load (maximum value of testing load) was obtained between finite element analysis and experimental test results.
Tamayo, Jorge Luis Palomino;Awruch, Armando Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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제58권5호
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pp.799-823
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2016
A finite element model for the non-linear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) containment shell of a nuclear power plant subjected to extreme loads such as impact and earthquake is presented in this work. The impact is modeled by using an uncoupled approach in which a load function is applied at the impact zone. The earthquake load is modeled by prescribing ground accelerations at the base of the structure. The nuclear containment is discretized spatially by using 20-node brick finite elements. The concrete in compression is modeled by using a modified $Dr{\ddot{u}}cker$-Prager elasto-plastic constitutive law where strain rate effects are considered. Cracking of concrete is modeled by using a smeared cracking approach where the tension-stiffening effect is included via a strain-softening rule. A model based on fracture mechanics, using the concept of constant fracture energy release, is used to relate the strain softening effect to the element size in order to guaranty mesh independency in the numerical prediction. The reinforcing bars are represented by incorporated membrane elements with a von Mises elasto-plastic law. Two benchmarks are used to verify the numerical implementation of the present model. Results are presented graphically in terms of displacement histories and cracking patterns. Finally, the influence of the shear transfer model used for cracked concrete as well as the effect due to a base slab incorporation in the numerical modeling are analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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