Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.5
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pp.53-58
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2002
A recent development, a concrete-filled steel(CFS) pier is an alternative to a reinforced concrete bridge pier in an urban area, because of its fast construction and excellent ductility against earthquakes. The capacity of CFS piers has not been used to a practical design, because there is no guide of a seismic design for CFS piers. Therefore, the guide of a seismic design value is derived from tests of CFS piers in order to apply it to a practical seismic design. Steel piers and concrete-filled steel piers are tested with constant axial load using quasi-static cyclic lateral load to check ductile capacity and using the real Kobe ground motion of pseudo-dynamic test to verify seismic performance. The results prove that CFS piers have more satisfactory ductility and strength than steel piers and relatively large hysteretic damping in dynamic behaviors. The seismic performance of steel and CFS piers is quantified on the basis of the test results. These results are evaluated through comparison of both the response modification factor method by elastic response spectrum and the performance-based design method by capacity spectrum and demand spectrum using effective viscous damping. The response modification factor of CFS piers is presented to apply in seismic design on a basis of this evaluation for a seismic performance.
To explore the influence of coal thickness on the mechanical behavior and the failure characteristics of rock-coal-rock (RCR) mass, the experimental investigation of uniaxial compressive tests was conducted first and then a systematic numerical simulation by particle flow code (PFC2D) was performed to deeply analyze the failure mechanical behavior of RCR specimens with different coal thicknesses in conventional compression tests. The overall elastic modulus and peak stress of RCR specimens lie between the rock and the coal. Inter-particle properties were calibrated to match the physical sample strength and the stiffness response. Numerical simulation results show that the deformation and strength behaviors of RCR specimens depend not only on the coal thickness, but also on the confining pressure. Under low confining pressures, the overall failure mechanism of RCR specimen is the serious damage of coal section when the coal thickness is smaller than 30 mm, but it is shear failure of coal section when the coal thickness is larger than 30 mm. Whereas under high confining pressures, obvious shear bands exist in both the coal section and the rock section when the coal thickness is larger than 30 mm, but when the coal thickness is smaller than 30mm, the failure mechanism is serious damage of coal section and shear failure of rock section.
High-pressure synchrotron X-ray powder diffraction experiments were performed on natural illite (K0.65Al2(Al0.65Si3.35)O10(OH)2) using diamond anvil cell (DAC) under two different pressure transmitting media (PTM), i.e., water and ME41 (methanol:ethanol = 4:1 by volume). When using water as PTM, occasional heating was applied up to about 250℃ while reaching pressure up to 2.7 GPa in order to promote both hydrostatic conditions and intercalation of water molecules into the layer. When using ME41, pressure was reached up to 6.9 GPa at room temperature. Under these conditions, illite did not show any expansion of interlayer distance or phase transitions. Pressure-volume data were used to derive bulk moduli (K0) of 45(3) GPa under water and 51(3) GPa under ME41 PTM. indicating no difference in compressibility within the analytical error. Linear compressibilities were then calculated to be βa = 0.0025, βb = 0.0029, βc = 0.0144 under ME41 PTM showing the c-axis is ca. six times more compressible than a- and b-axes. These elastic behaviors of illite were compared to muscovite, one of its structural analogues.
Kim, Sun-Woo;Cha, Jun-Ho;Kim, Yun-Yong;Yun, Hyun-Do
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.5
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pp.727-736
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2010
This paper describes results of an preliminary study to produce strain hardening cement-based composites (SHCCs)with consideration of sustainability for infrastructure applications. The aims of this study are to evaluate the influence of recycled materials on the mechanical characteristics of SHCCs, such as compressive, four-point bending, and direct tensile behaviors, and to give basic data for constitutive model for analyzing and designing infra structures with SHCCs. In this study, silica sand, cement, and PVA fibers, were partially replaced with recycled sand, fly-ash, and FET fibers in the mixture of SHCCs, respectively. Test results indicated that fly-ash could improve both bending and direct tensile performance of SHCCs due to increasing chemical bond strength at the interface between PVA fibers and cement matrices. However, SHCCs replaced with PET fibers showed much lower performance in bending and direct tensile tests due to originally low mechanical properties of own fibers, although compressive behavior is similar to PVA2.0 specimen. Also, it was noted that the recycled sand would increase elastic modulus of SHCCs due to larger grain size compared to silica sand. Based on pre-set target value to maintain the performance of SHCCs, it was concluded that the replacement ratio below 20% of fly-ash or below 50% of recycled sands would be desirable for creating sustainable SHCCs.
Park, Sung-Gye;Lee, Seung-Hae;Kim, Ji-Soon;You, Hee;Yum, Young-Jin
Korean Journal of Materials Research
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v.9
no.10
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pp.962-969
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1999
Elastic and elasto-plastic stress analyses of AlN/Cu and AlN/W pints produced by active-metal brazing method using Ag-Cu-Ti insert-metal were performed with use of Finite-Element-Method(FEM). The results of stress analyses were compared with those from the pint strength tests and the observations of fracture behaviors. It was shown that a remarkably larger maximum principal stress is built in the AlN/Cu pint compared to the A1N/ W joint. Especially, the stress concentration with tensile component was confirmed at the free surface close to the bonded interface of AlN/Cu. The elasto-plastic analysis under consideration of stress relaxation effect of Ag-Cu-Ti insert possessing a so-called 'soft-metal effect' showed that the insert leads to a lowering of maximum principal stress in AlNiCu pint, even though an increase of the insert thickness above 100$\mu\textrm{m}$ could not bring its further decrease. The maximum pint strengths measured by shear test were 52 and 108 MPa for AlNiCu and AlN/W pints. respectively. Typical fractures of AlN/Cu pints occurred in a form of 'dome' which initiated from the free surface of AlN close to the bonded interface and proceeded towards the AlN inside forming a large angle. AlN/W pints were usually fractured at AlN side along the interface of AlN/insert-metal.
CWR (continuous welded rail) tracks on high-speed railway bridges have much more complicated axial force distributions caused by track-bridge interaction than those behaviors on embankments, and additional problems caused by track-structure interaction with the axial force of the CWR. In order to analyze and limit other physical phenomena caused by track-bridge interaction, a design guideline (KR C-08080, longitudinal track-bridge interaction analysis) is used when designing CWR track on bridges. Domestic analysis and design methods for track-bridge interaction follow the UIC 774-3R, and they suggest conservative methods and deterministic properties. Recently, many studies analyzing the methods of track-bridge interaction considering the loading history are being carried out; however, there has been insufficient studies of the variation of the resistance properties with a consideration of the actual loading history. In this study, the performances of rail fastening systems used for concrete track on bridges were tested and analyzed while considering the loading history. For this purpose, longitudinal and vertical loading combinations, applied in order to simulate the practical conditions and resistance characteristics (stiffness and elastic limit displacement), are analyzed through the experimental results. Also, a comparison study was conducted with the properties in the KR Code.
Kim, Kyeong-Cheol;Kim, Ho-Jong;Jung, Young-Hoon;Shin, Jong-Ho
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.2
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pp.249-263
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2017
The expansion behavior of inflatable steel pipe rockbolt shows geometric nonlinearity due to its ${\Omega}-shaped$ section. Previous studies on the anchoring behavior of inflatable steel pipe rockbolt were mainly performed using theoretical method. However, those studies oversimplified the actual behavior by assuming isotropic expansion of inflatable steel pipe rockbolt. In this study, the anchoring behavior of the inflatable steel pipe rockbolt were investigated by the numerical method considering the irregularity of pipe expansion and other influencing factors. The expansion of inflatable steel pipe rockbolt, the contact stress distribution and the change of the average contact stress and the contact area during installation were analyzed. The contact stresses were developed differently depending on the constitutive behavior of rocks. Small contact stresses occurred in steel pipes installed in elasto-plastic rock compared to steel pipes installed in elastic rock. Also, the anchoring behaviors of the inflatable steel pipe rockbolt were different according to the stiffness of the rock. The steel pipe was completely unfolded in the case of the stiffness smaller than 0.5 GPa, but it was not fully unfolded in the case of the stiffness larger than 0.5 GPa for the given analysis condition. When the steel pipe is completely unfolded, the contact stress increases as the rock stiffness increases. However, the contact stress decreases as the rock stiffness increases when the steel pipe is not fully expanded.
Many transmission towers, high-rise buildings and bridges are constructed near steep slopes and are supported by large-diameter piles. These structures may be subjected to large lateral loads, such as violent winds and earthquakes. Widely used types of foundations for these structures are pier foundations, which have large-diameters with high stiffness. The behavior of a pier foundation subjected to lateral loads is similar to that of a short rigid pile because both elements seem to fail by rotation developing passive resistance on opposite faces above and below the rotation point, unlike the behavior of a long flexible pile. This paper describes the results of several numerical studies performed with a three-dimensional finite element method (FEM) of model tests of a laterally loaded short pile located near slopes, respectively. In this paper, the results of model tests of single piles and pile groups subjected to lateral loading, in homogeneous sand with 30$^{\circ}$ slopes and horizontal ground were analyzed by the 3-D FE analyses. The pile was assumed to be linearly elastic. The sand was assumed to have non-associative characteristics, following the MC-DP model. The failure criterion is governed by the Mohr-Coulomb equation and the plastic potential is given by the Drucker-Prager equation. The main purpose of this paper is the validation of the 3-D elasto-plastic FEM by comparisons with the experimental data.
The purpose of seismic design is to ensure the serviceability of buildings against earthquake, which might be occurred during the service life of buildings, and to minimize the loss of life by preventing their failure under strong earthquake. The lack resistance of walls resulting from a tendency toward high-rise apartment buildings with shear walls and use of piloti would lead to a concentration of inelastic behaviors in their weak story. In this study, the seismic performance of reinforced concrete shear wall buildings haying piloti was analyzed by using the evaluation techniques which was proposed by FEMA 273 and ATC-40. The results from comparison with these two techniques are summarized as follows.; The results of elastic analysis method for seismic performance evaluation show that the effect of piloti and building height decrease performance index. In case of shear wall building, the state of insufficient shear stress governs their overall performance and it becomes evident in the case of the buildings with more than 25 stories. For the buildings of piloti, the change of mass, weak story, as well as insufficient shear stress, decrease the performance index rapidly compared with the performance index of the buildings without piloti. The results, obtained from the nonlinear static analysis using capacity spectrum method, indicate that the performance Point increases for the structure having Piloti and high story. Also, deformation limits of buildings satisfy the allowable criteria at the life safety level, but the immediate occupancy level is exceeded in buildings which have more than 25 stories.
Kim, Jin-Seop;Kook, Donghak;Choi, Jong-Won;Kim, Geon-Young
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.2
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pp.243-260
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2018
A literature review on the effects of high temperature and radiation on radiation shielding concrete in Spent Fuel Dry Storage is presented in this study with a focus on concrete degradation. The general threshold is $95^{\circ}C$ for preventing long-term degradation from high temperature, and it is suggested that the temperature gradient should be less than $60^{\circ}C$ to avoid crack generation in concrete structures. The amount of damage depends on the characteristics of the concrete mixture, and increases with the temperature and exposure time. The tensile strength of concrete is more susceptible than the compressive strength to degradation due to high temperature. Nuclear heating from radiation can be neglected under an incident energy flux density of $10^{10}MeV{\cdot}cm^{-2}{\cdot}s^{-1}$. Neutron radiation of >$10^{19}n{\cdot}cm^{-2}$ or an integrated dose of gamma radiation exceeding $10^{10}$ rads can cause a reduction in the compressive and tensile strengths and the elastic moduli. When concrete is highly irradiated, changes in the mechanical properties are primarily caused by variation in water content resulting from high temperature, volume expansion, and crack generation. It is necessary to fully utilize previous research for effective technology development and licensing of a Korean dry storage system. This study can serve as important baseline data for developing domestic technology with regard to concrete casks of an SF (Spent Fuel) dry storage system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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