An elastic-plastic finite element analysis of fatigue crack closure is performed for plane strain conditions. The stabilization behavior of crack opening level and the effect of mesh size on the crack opening stress are investigated. In order to obtain a stabilized crack opening level for plane strain conditions, the crack must be advanced through approximately four times the initial monotonic plastic zone. The crack opening load tends to increase with the decrease of mesh size. The mesh size nearly equal to the theoretical plane strain cyclic plastic zone size may provide reasonable numerical results comparable with experimental crack opening data. The crack opening behavior is influenced by the crack growth increment and discontinuous opening behavior is observed. A procedure to predict the most appropriate mesh size for different stress ratio is suggested. Crack opening loads predicted by the FE analysis based on the procedure suggested resulted in good agreement with experimental ones within the error of 5 %. Effect of the distance behind the crack tip on the crack opening load determined by the ASTM compliance offset method based on the load-displacement relation and by the rotational offset method based on the load-differential displacement relation is investigated. Optimal gage location and method to determine the crack opening load is suggested.
Hwang, Sun Kyoung;Lim, Byung Hoon;Kim, Chang Gyo;Yun, Hyun Do;Park, Wan Shin
Architectural research
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v.7
no.1
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pp.39-48
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2005
Main objective of this research is to evaluate performance of high-strength concrete (HSC) columns for ductility and strength. Eight one-third scale columns with compressive strength of 69 MPa were subjected to a constant axial load corresponding to 30 % of the column axial load capacity and a cyclic horizontal load-inducing reversed bending moment. The variables studied in this research are the volumetric ratio of transverse reinforcement (${\rho}_s=1.58$, 2.25 %), tie configuration (Type H, Type C and Type D) and tie yield strength ($f_{yh}=549$ and 779 MPa). Test results show that the flexural strength of every column exceeds the calculated flexural capacity based on the equivalent concrete stress block used in the current design code. Columns with 42 % higher amounts of transverse reinforcement than that required by seismic provisions of ACI 318-02 showed ductile behaviour, showing a displacement ductility factor (${\mu}_{{\Delta}u}$) of 3.69 to 4.85, and a curvature ductility factor (${\mu}_{{\varphi}u}$) of over 10.0. With an axial load of 30 % of the axial load capacity, it is recommended that the yield strength of transverse reinforcement be held equal to or below 549 MPa.
Kim, Jeong-Hee;Han, Byeong-Hee;Seo, Dae-Cheol;Yoon, Dong-Jin
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.4
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pp.360-367
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2009
The acoustic emission(AE) behavior of reinforced concrete slab under flexural loading was investigated to assess the integrity. This study was aimed at identifying the characteristics of AE response associated with damage development. By applying cyclic loading in various load steps, it was able to differentiate each AE source such as distributed micro crack initiation, friction, flexural crack and localized diagonal tension crack. The secondary peak and the change of AE hit rate gave valuable criteria fur assessment. From the analysis of the felicity ratio, furthermore, it was shown that this values can be used for evaluating the degree of concrete damage. Based on the experimental results, this approach for practical AE application may provide a promising method for estimating the level of damage and distress in concrete structures.
Lee Jae-Hoon;Jung Chul-Ho;Ko Seong-Hyun;Son Hyeok-Soo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.1
s.79
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pp.111-124
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2004
This research is a part of a research program to verify the seismic performance of circular reinforced concrete bridge columns with respect to longitudinal steel connection details under cyclic lateral load. A total of 21 column specimens were constructed and tested. Main variables in this test program were longitudinal steel connection details(continuous, lap-spliced, and mechanically connected), confinement steel ratio, and axial force ratio, etc. The test results of the columns with different longitudinal steel connection details showed different failure mode, strength degradation, and seismic performance. From the quasi-static test, it was found that the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced showed significantly reduced ductility. However, seismic performance of the columns with half of longitudinal reinforcement lap-spliced showed limited ductility but much more ductile behaviour than the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced. It was also found that the seismic performance, failure mode and strength degradation of columns with mechanical connected longitudinal reinforcement were similar to those of columns with continuous longitudinal reinforcement.
An experimental study was performed to investigate the seismic performance of solid steel reinforced concrete (SRC) frames with special-shaped columns that are composed of SRC special-shaped columns and reinforced concrete beams. For this purpose, two models of two-bay and three-story frame, including an edge frame and a middle frame, were designed and tested. The failure process and patterns were observed. The mechanical behaviors such as load-displacement hysteretic loops and skeleton curves, load bearing capacity, drift ratio, ductility, energy dissipation and stiffness degradation of test specimens were analyzed. Test results show that the failure mechanism of solid SRC frame with special-shaped columns is the beam-hinged mechanism, satisfying the seismic design principle of "strong column and weak beam". The hysteretic loops are plump, the ductility is good and the capacity of energy dissipation is strong, indicating that the solid SRC frame with special-shaped columns has excellent seismic performance, which is better than that of the lattice SRC frame with special-shaped columns. The ultimate elastic-plastic drift ratio is larger than the limit value specified by seismic code, showing the high capacity of collapse resistance. Compared with the edge frame, the middle frame has higher carrying capacity and stronger energy dissipation, but the ductility and speed of stiffness degradation are similar. All these can be helpful to the designation of solid SRC frame with special-shaped columns.
Kim, Jungho;Kang, Soo-Chang;Kim, Jin-Kook;Song, Junho
Steel and Composite Structures
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v.38
no.2
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pp.151-164
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2021
During the pipe forming process, a steel plate undergoes inelastic behavior multiple times under a load condition repeating tension and compression in the circumferential direction. It derives local reduction or increase of yield strength within the thickness of steel pipes by the plastic hardening and Bauschinger effect. In this study, a combined hardening model is proposed to effectively predict variations of yield strength in the circumferential direction of API-X65 and X70 steel pipes with relatively low t/D ratio during the forming process, which is expected to experience accumulated plastic strain of 2~3%, the typical Lüder band range in a low-carbon steel. Cyclic tensile tests of API-X65 and X70 steels were performed, and the parameters of the proposed model for the steels were calibrated using the test results. Bending-flattening tests to simulate repeated tension and compression during pipe forming were followed for API-X65 and X70 steels, and the results were compared with those by the proposed model and Zou et al. (2016), in order to verify the process of material model calibration based on tension-compression cyclic test, and the accuracy of the proposed model. Finally, parametric analysis for the yield strength of the steel plate in the circumferential direction of UOE pipe was conducted to investigate the effects of t/D and expansion ratios after O-forming on the yield strength. The results confirmed that the model by Zou et al. (2016) underestimated the yield strength of steel pipe with relatively low t/D ratio, and the parametric analysis showed that the t/D and expansion ratio have a significant impact on the strength of steel pipe.
Seo, Soo-Yeon;Oh, Tae-Gun;Kim, Kyeong-Tae;Yoon, Seong-Joe
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.3
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pp.357-366
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2010
This paper presents experimental results about shear wall with various lateral reinforcement details in boundary elements. The research objective is to study the structural behavior of shear wall with boundary column confined by rectangular spiral hoops and headed cross ties developed to improve workability in the fabrication of boundary columns. These two details can be fabricated in a factory and put together on-site after being delivered so that the construction work may be reduced. Main parameters in the experimental study were the types of hoop and cross tie: rectangular spiral hoop and headed cross tie vs. standard hoop and cross tie with hook. Four half scaled shear wall specimens with babel shape were made and tested by applying horizontal cyclic load under constant axial force, 10% of nominal compressive strength of concrete. Based on the test result, it was shown that the shear wall with rectangular spiral hoop and headed cross tie in boundary columns has structural capacity compatible with conventional shear wall. The specimen SW-Hh which has bigger hoop bar and higher volumetric ratio of transverse reinforcements than other showed improved energy dissipating characteristic but it presented a rapid reduction of strength after peak point. The results indicates that, it is necessary to consider volumetric ratio of transverse reinforcements as well as hoop space in designing of shear wall with boundary columns for improved strength and ductility.
Column shear failures observed during recent earthquakes and experimental data indicate that shear deformations are typically associated with the amount of transverse reinforcement, column aspect ratio, axial load, and a few other parameters. It was shown that in some columns shear displacements can be significantly large, especially after flexural yielding. In this paper, a piecewise linear model is developed to predict an envelope of the cyclic shear response including the shear displacement and corresponding strength predictions at the first shear cracking, peak strength, onset of lateral strength degradation, and loss of axial-load-carrying capacity. Part of the proposed model is developed using the analysis results from the Modified Compression Field Theory (MCFT). The results from the proposed model, which uses simplified equations, are compared with the column test data.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.53-56
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2005
This paper investigates the effect of ductile deformation behavior of high performance hybrid fiber-reinforced cement composites (HPHFRCCs) on the shear behavior of coupling beams to lateral load reversals. The matrix ductility and the reinforcement layout were the main variables of the tests. Three short coupling beams with two different reinforcement arrangements and matrixes were tested. They were subjected to cyclic loading by a suitable experimental setup. All specimens were characterized by a shear span-depth ratio of 1.0. The reinforcement layouts consisted of a classical scheme and diagonal scheme without confining ties. The effects of matrix ductility on deflections, strains, crack widths, crack patterns, failure modes, and ultimate shear load of coupling beams have been examined. The combination of a ductile cementitious matrix and steel reinforcement is found to result in improved energy dissipation capacity, simplification of reinforcement details, and damage-tolerant inelastic deformation behavior. Test results showed that the HPFRCC coupling beams behaved better than normal reinforced concrete control beams. These results were produced by HPHFRCC's tensile deformation capacity, damage tolerance and tensile strength.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.55-58
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2005
From the development of residential flat plate system, continuously bended shear reinforcements were applied in the joint performance test. The testing parameters are shear reinforcement types, which are no reinforcement, studrail reinforcement, and rebar type reinforcement. To verify the lateral resisting capacity, cyclic load is applied in the constant vertical load condition. From the test results, the resisting capacity of developed shear reinforcement system has a good performance behavior in the story drift ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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