In this study, the numerical analysis model of π-beam explosion is established to compare and analyze the failure modes of the π-beam under the action of explosive loads, thus verifying the accuracy of the numerical model. Then, based on the numerical analysis of different protection forms of π beams under explosive loads, the peak pressure of π beam under different protection conditions, the law of structural energy consumption, the damage pattern of the π beam after protection, and the protection efficiency of different protective layers was studied. The testing results indicate that the pressure peak of π beam is relatively small under the combined protection of steel plate and aluminum foam, and the peak value of pressure decays quickly along the beam longitudinal. Besides, as the longitudinal distance increases, the pressure peak attenuates most heavily on the roof's explosion-facing surface. Meanwhile, the combined protective layer has a strong energy consumption capacity, the energy consumed accounts for 90% of the three parts of the π beam (concrete, steel, and protective layer). The damaged area of π beam is relatively small under the combined protection of steel plate and aluminum foam. We also calculate the protection efficiency of π beams under different protection conditions using the maximum spalling area of concrete. The results show that the protective efficiency of the combined protective layer is 45%, demonstrating a relatively good protective ability.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.4
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pp.100-107
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2018
The objective of this study is to assess the strengthening effects of fiber reinforced polymer(FRP) sheets such as Carbon fiber, Glass fiber, and PET(polyethylene terephthalate) on reinforced concrete flexural members. Variables of theoretical analysis are types of strengthening materials, material properties and amount of strengthening materials. A virtual flexural member without FRP sheets was created as a control specimen to understand the structural behavior of the non-strengthened specimen in terms of elastic and ultimate cross section. In total, 11 specimens including one non-strengthened and ten strengthened specimens were investigated. Various variables such as types of strengthening, strengthening properties, and amount of strengthening were studied to compare the behavior of the control specimen with those of strengthened specimens with regard to moment-curvature relationship. Results of theoretical analysis showed that the moment capacity of strengthened specimens was superior to that of the control specimen. However, the control specimen indicated the best ductility among all the specimens. As the amount of strengthening increased, flexural performance was improved. Furthermore, the results indicated that the ductile effect of members was affected by the ultimate strain of FRP sheets. The strengthening effect on the damaged member was similar to that on the non-damaged one since there was less than 10% difference in terms of flexural strength and ductility. Therefore, even if a damaged member is treated as non-damaged for analysis there is probably no noticeable difference.
Kim, Tae-Sang;Jung, Sang-Hwa;Choi, Young-Cheol;Song, Ha-Won
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.21
no.5
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pp.639-647
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2009
In order to evaluate the durability of reinforced concrete structures under chloride attack from sea water and frost damage, it is important to analyze both the microstructural characteristics of concrete and its diffusion resistance of concrete against chloride ingress. In this study, a relation between micro-pore structures of concrete obtained by the Mercury Intrusion Porosimetry and accelerated chloride diffusivity as well as long term chloride diffusivity were studied for ground granulated blast furnace slag(GGBS) concrete. Different water-cement ratio of 40, 45, 50% and different unit cement concrete of 300, 350, 400 or 450 kg/$m^3$ of the GGBS concrete along with OPC concrete were used and freeze and thawing, and the change in diffusivity and microstructure were observed for both GGBS concrete and damaged GGBS concrete due to rapid freezing and thawing.
Zhang, Chao;Zhou, Yun;Weng, Da G.;Lu, De H.;Wu, Cong X.
Structural Engineering and Mechanics
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v.56
no.4
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pp.569-588
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2015
A comprehensive methodology is proposed for design of metallic dampers in seismic retrofit of earthquake-damaged frame structures. It is assumed that the metallic dampers remain elastic and only provide stiffness during frequent earthquake (i.e., earthquake with a 63% probability of exceedance in 50-year service period), while in precautionary earthquake (i.e., earthquake with a 10% probability of exceedance in 50-year service period), the metallic dampers yield before the main frame and dissipate most of the seismic energy to either prevent or minimize structural damages. Therefore by converting multi-story frame to an equivalent single-degree-of-freedom system, the added stiffness provided by metallic dampers is designed to control elastic story drifts within code-based demand under frequent earthquake, and the added damping with the combination of added stiffness influences is obtained to control structural stress within performance-based target under precautionary earthquake. With the equivalent added damping ratio, the expected damping forces provided by metallic dampers can be calculated to carry out the configuration and design of metallic dampers along with supporting braces. Based on a detailed example for retrofit of an earthquake-damaged reinforced concrete frame by using metallic dampers, the proposed design procedure is demonstrated to be simple and practical, which can not only meet current China's design codes but also be used in retrofit design of earthquake-damaged frame with metallic damper for reaching desirable performance objective.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.4
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pp.1-11
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2007
This paper verifies the difference of the seismic behavior and seismic damage of the neighboring two reinforced concrete piers damaged by the 1995 Hyogoken Nanbu earthquake. The two piers were almost the same size, carrying slightly different dead load, and were provided with the same reinforcement arrangement except the amount of longitudinal reinforcement at the bottom portion of the piers. The pier with more reinforcement was completely collapsed due to this near field earthquake by shear failure at the longitudinal reinforcement cut-off while the other was only damaged at the bottom by flexure even though the longitudinal reinforcement cut-off was also existed at the mid height of the pier. According to the results of the pseudo dynamic test, the seismic damage was recognized to be greatly dependent on the ground motion characteristics even though the employed ground motions had the same peak acceleration. The severe damage was observed when the test employed the seismic wave that had strong influence to the longer period range compared to the initial natural period of the pier. On the other hand, based on the similar model experiment, the defect of gas-pressure welded splice of longitudinal reinforcement was revealed to save the piers against collapse due to the so-called fail-safe mechanism contrary to the intuitive opinion of some researchers. It was concluded that the primary cause of the collapse of the pier was the extremely strong intensity and peculiar characteristics of the earthquake motion according to both the site-specific and the structure-specific effects.
The purpose of this study is to analyze the interface debonding of RC beams strengthened by carbon fiber sheet(CFS). The behavior of damaged RC beams strengthened with CFS is analytically investigated next using linear elastic fracture mechanics(LEFM) approach and the finite element method. The study includes an investigation of the separation mode by interface fracture of the strengthening materials due to the interfacial shear and normal stresses. The numerical method is presented to obtain the value of interfacial fracture parameter such as the strain energy release rate. Based on the results of this study, it is found that the critical case occurs when the interfacial cracks occur within a short region of the flexural crack. The CFS strengthening has not an adequate factor of safety against interfacial debonding of CFS. Furthermore, for the thicknesses of the adhesive studied[1mm~3mm], it is no noticeable effect on the strain energy release rate.
An investigation was conducted into the flexural behavior of earthquake damaged reinforced concrete columns repaired with carbon fiber sheets. Six column specimens were tested to failure under reversed cyclic loading. Two columns were specimens for control with no sheets and tested. These columns were repaired with carbon fiber sheets and retested to evaluate the effect of the confinement of the carbon fiber on the damaged column. Another two columns were repaired and tested with no pre-cyclic loading. The test specimens were designed to model single bent under a constant axial force with reversed cyclic lateral loading. Carbon fiber sheets were used to repair damaged concrete columns in the critically stressed areas near the column footing joint and the physical, mechanical properties of carbon fiber sheets are described. The performance of repaired columns in terms of their hysteretic response is evaluated and compared to those of the original columns. The results indicate that the repaire technique with carbon fiber sheets is highly effective. Both flexural strength and displacement ductility of repaired columns were higher than those of the original columns.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.8
no.5
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pp.85-91
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2008
Prepacked concrete has recently been used in the special constructions fields such as underwater concrete work, heavy-weight concrete work, underground structure work, partial repair works for damaged reinforced concrete structures. and polymer-modified mortars have been employed as grouting mortars for the prepacked concrete. The purpose of this study is to recommend the optimum mix design of polymer-modified grouting mortars for prepacked concrete. Polymer-modified mortars using SBR and EVA emulsions as admixture of grouting mortars for prepacked concrete are prepared with various mix proportions such as sand-binder ratio, fly ash replacement ratio, polymer-binder ratio. and tested for flowability, viscosity of grouting mortars, bleeding ratio, expansion ratio, flexural and compressive strengths of grouting mortars and compressive and tensile strengths of prepacked concretes. From the test results, it is apparent that polymer-modified mortars can be produced as grouting mortars when proper mix design is chosen. We can design the mix proportions of high strength mortars for prepacked concrete according to the control of mix design factors such as type of polymer, polymer-binder ratio, sand-binder ratio and fly ash replacement ratio. Water-binder ratio of plain mortars for a constant flowability value are in the ranges of 43% to 50%. SBR-modified mortar has a little water-binder ratios compared to those of plain mortar, however, EVA-modified mortar needs a high water-binder ratio due to a high viscosity of polymer dispersion. The expansion and bleeding ratios of grouting mortars are also controlled in the proper value ranges. Polymer-modified grouting mortars have good flexural. compressive and tensile strengths, are not affected with various properties with increasing fly ash replacement to cement and binder-sand ratio. In this study, SBR-modified grouting mortar with a polymer-binder ratio of 10% or less, a fly ash replacement of 10% to cement and a sand-binder ratio of 1.5 is recommended as a grouting mortar for prepacked concrete.
A significant portion of residential areas of Turkey is located in active earthquake zones. In Turkey occurred major earthquakes in last twenty years, such as Erzincan (1992), Kocaeli and $D{\ddot{u}}zce$ (1999), $Bing{\ddot{o}}l$ (2003), Van (2011). These earthquakes have demonstrated that reinforced concrete (RC) buildings having horizontal and vertical irregularities are significantly damaged, which in turn most of them are collapsed. Architectural design and arrangement of load-bearing system have important effect on RC building since architectural design criteria in design process provide opportunity to make this type of buildings safer and economical under earthquake loads. This study aims to investigate comparatively the effects of weak story irregularity on earthquake behavior and rough construction costs of RC buildings by considering different soil-conditions given in the Turkish Earthquake Code. With this aim, Sta4-CAD program based on matrix displacement method is utilized. Considering that different story height and compressive strength of concrete, and infill walls or their locations are the variables, a set of structural models are developed to determine the effect of them on earthquake behavior and rough construction costs of RC buildings. In conclusion, some recommendations and results related to making RC buildings safer and more economical are presented by comparing results obtained from structural analyses.
This paper describes an experimental study on structural health monitoring of a 1:3-scaled one-story concrete frame subjected to seismic damage and retrofit. The structure is tested on a shaking table by exerting successively enhanced earthquake excitations until severe damage, and then retrofitted using fiber-reinforced polymers (FRP). The modal properties of the tested structure at trifling, moderate, severe damage and strengthening stages are measured by subjecting it to a small-amplitude white-noise excitation after each earthquake attack. Making use of the measured global modal frequencies and a validated finite element model of the tested structure, a neural network method is developed to quantitatively identify the stiffness reduction due to damage and the stiffness enhancement due to strengthening. The identification results are compared with 'true' damage severities that are defined and determined based on visual inspection and local impact testing. It is shown that by the use of FRP retrofit, the stiffness of the severely damaged structure can be recovered to the level as in the trifling damage stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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