To fundamentally solve the problem of deterioration of concrete structures, it has been researched that the high durable concrete structure reinforced with the FRP rebar can be one of major solution to the newly-developed concrete structure. FRP rebar has lots of advantages such as non-corrosive, high performance and light weight against the conventional steel rebar. Among these kinds of FRP rebars, GFRP rebar has usually been considered as the best reinforcement because of its economic point of view. Even though the material capacity of the GFRP rebar was already investigated, there are some problems such as low modulus of elastic that will be cause for degrade of the serviceability of flexural concrete member reinforced with the GFRP rebar. Thus, the deflection characteristics of the GFRP rebar reinforced concrete structure should be considered then investigated. In this study, ACI 440 guideline (2003), ISIS Canada Design Manual (2001) and Toutanji et al. (2000) was considered for predicting the moment of inertia of the concrete beam reinforced with the GFRP rebar. And it was also evaluated that load-deflection relationship had a good accordance with the test and analysis result. In the result of this study, it could be estimated that the load-deflection relationship using the suggested equation of moment of inertia in this study indicated better accordance with the test result than that of the others until failure.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.173-181
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2021
Reinforced concrete structures are exposed to various environments, resulting in reinforcement corrosion due to moisture and ions penetration. Reinforced concrete corrosion causes a decrease in the durability performance of reinforced concrete structures. One solution to mitigate such issues is using FRP rebars, which offer several advantages such as high tensile strength, corrosion resistance, and light-weight than conventional rebars, in reinforced concrete instead of conventional steel rebars. The FRP rebar used should be examined at the limit state because FRP reinforced concrete has linear behavior until its fracture and can generate excessive deflection due to the low elastic modulus. It should be considered while designing FRP reinforced concrete for flexure. In the ultimate limit state, the flexural strength of FRP reinforced concrete as per ACI 440.1R is significantly lower than the flexural strength by applying both the environmental reduction and strength reduction factors accounting for the material uncertainty of FRP rebar. Therefore, in this study, the experimental results were compared with the deflection of the proposed effective moment of inertia referring to the local and international standards. The experimental results of GFRP and BFRP reinforced concrete were compared with the flexural strength as determined by ACI 440.1R and Fib bulletin 40. The flexural strength obtained by the experimental results was more similar to that obtained by Fib bulletin 40 than ACI 440.1R. The flexural strength of ACI 440.1R was conservatively evaluated in the tension-controlled section.
Arrayed ultrasonic sensors based on the piezoelectric thin film (lead-zirconate-titanate: Pb($Zr_{0.52}Ti_{0.48})O_{3}$) having composite membrane structure are fabricated. Different thermal and elastic characteristics of each layer generate the residual stress during the high temperature deposition processes, accomplished diaphragm is consequently bowing. We present the membrane deflection effects originated from the residual stress on the resonant frequencies of the sensor chips. The resonant frequencies ($f_r$) measured of each sensor structures are located in the range of $87.6{\sim}111\;kHz$, these are larger $30{\sim}40\;kHz$ than the resultant frequencies of FEM. The primary factors of $f_r$ deviations from the ideal FEM results are the membrane deflections, and the influence of stiffness variations are not so large on that. Membrane deflections have the effect of total thickness increase which sensitively change the $f_r$ to the positive direction. Stress generations of the membrane are also numerically predicted for considering the effect of stiffness variations on the $f_r$.
Base isolation is widely used in seismic resisting buildings due to its low construction cost, high reliability, mature theory and convenient usage. However, it is difficult to design the isolation layer in high-rise buildings using the available bearings because high-rise buildings are characterized with long period, low horizontal stiffness, and complex re-distribution of the internal forces under earthquake loads etc. In this paper, a simple and innovative isolation bearing, named Teflon-based lead rubber isolation bearing, is developed to address the mentioned problems. The Teflon-based lead rubber isolation bearing consists of friction material and lead rubber isolation bearing. Hence, it integrates advantages of friction bearings and lead rubber isolation bearings so that improves the stability of base isolation system. An experimental study was conducted to validate the effectiveness of this new bearing. The effects of vertical loading, displacement amplitude and loading frequency on the force-displacement relationship and energy dissipation capacity of the Teflon-based lead rubber isolation bearing were studied. An analytical model was also proposed to predict the force-displacement relationship of the new bearing. Comparison of analytical and experimental results showed that the analytical model can accurately predict the force-displacement relationship and elastic shear deflection of the Teflon-based lead rubber isolation bearings.
Prajapati, Satya Sundar;Far, Harry;Aghayarzadeh, Mehdi
Computers and Concrete
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v.26
no.4
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pp.317-325
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2020
A precise estimation of the natural time period of buildings improves design quality, causes a significant reduction of the buildings' weight, and eventually leads to a cost-effective design. In this study, in order to optimise the reinforced concrete frames design, some symmetrical and unsymmetrical buildings composed of solid and hollow members have been simulated using finite element software SAP 2000. In numerical models, different parameters such as overturning moment, story drift, deflection, base reactions, and stiffness of the buildings were investigated and the results have been compared with strength and serviceability limit criteria proposed by Australian Standard (AS 3600 2018). Comparing the results of the numerical modelling with existing standards and performing a cost analysis proved the merits of hollow box sections compared to solid sections. Finally, based on numerical simulation results, two equations for natural time period of moment resisting reinforced concrete buildings have been presented. Both derived equations reflected higher degree of correlation and reliability with different complexities of building when compared with existing standards and relationships provided by other scholars. Therefore, these equations will assist practicing engineers to predict elastic behaivour of structures more precisely.
Lee Tae-Eun;Kang Hee-Jong;Kim Kwon-Sik;Lee Byoung-Koo
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.79-86
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2005
This paper deals with the static optimal shapes of simple beams which are subjected to a vertical point load. The area and second moment of inertia of the regular polygon cross-section of the tapered beams are determined, which have always same volume and same length for the parabolic taper. The differential equation governing the elastic curve is derived using the small deflection theory and solved numerically. By using the numerical results of deflections, rotations and bending stresses of such beams, the optimal shapes, namely, optimal section ratios, of the beams subjected to a single point load according to variation of load position parameters are determined and presented in the figures. Examples of the static optimal shapes for beams with a single load and multiple loads are reported. The design process of this study can be used directly for the minimum weight design of simple beams.
The Micro circular diaphragm (MCD) is the mechanical actuator part used in the micro electro-mechanical sensors (MEMS) that combine electrical and mechanical components. These actuators are working under harsh mechanical and thermal conditions, so it is very important to study the mechanical and thermal behaviors of these actuators, in order to do with its function successfully. The objective of this paper is to determine the thermo-mechanical behavior of MCD by developing the traditional bulge test technique to achieve the aims of this work. The specimen is first pre-stressed to ensure that is no initial deflection before applied the loads on diaphragm and then clamped between two plates, a differential pressure (P) and temperature ($T_b$) is leading to a deformation of the MCD. Analytical formulation of developed bulge test technique for MCD thermo-mechanical characterization was established with taking in-to account effect of the residual strength from pre-stressed loading. These makes the plane-strain bulge test ideal for studying the mechanical and thermal behavior of diaphragm in both the elastic and plastic regimes. The differential specimen thickness due to bulge effect to describe the mechanical behavior, and the temperature effect on the MCD material properties to study the thermal behavior under deformation were discussed. A finite element model (FEM) can be extended to apply for investigating the reliability of the proposed bulge test of MCD and compare between the FEM results and another one from analytical calculus. The results show that, the good convergence between the finite element model and analytical model.
Based on the Reissner mixed variational theorem (RMVT), the authors present a nonlocal Timoshenko beam theory (TBT) for the nonlinear free vibration analysis of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) embedded in an elastic medium. In this formulation, four different edge conditions of the embedded MWCNT are considered, two different models with regard to the van der Waals interaction between each pair of walls constituting the MWCNT are considered, and the interaction between the MWCNT and its surrounding medium is simulated using the Pasternak-type foundation. The motion equations of an individual wall and the associated boundary conditions are derived using Hamilton's principle, in which the von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ geometrical nonlinearity is considered. Eringen's nonlocal elasticity theory is used to account for the effects of the small length scale. Variations of the lowest frequency parameters with the maximum modal deflection of the embedded MWCNT are obtained using the differential quadrature method in conjunction with a direct iterative approach.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.335-340
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2002
By the recently, Environmental pollution is serious by the highly economic growth and expansion of lively country basic industry. Especially, in case of industrial waste and life waste leaped into a pollution source. Also, research for processing of waste and recycling countermeasure is a pressing question on national dimension because it is prohibited an ocean disposal and reclamation. In this study, it looked for fracture characteristic value of recycling a coal ash to decrease environmental pollution by picky and exhaustion of natural resources and to reduce self-weight to prepare for a tall building and earthquake. So a coal ash examined to be possible to do as construction material. It achieved compressive strength test and three points bending test with initial notch depth rate and age for variables to show a basic research data. From the basis of the three points bending test, the fracture parameters - notch sensitivity, fracture energy, initial compliance were experimentally proposed. From the results of the compressive strength test, the elastic modulus was experimentally proposed. Also on the basis of the three points bending test, the fracture parameters - notch sensitivity, fracture energy, initial compliance were experimentally proposed. The results that the strength and fracture energy value are lower than concrete or mortar is described in this paper. Also, it shows that the deflection at fracture decreases as the age increases and the notch sensitivity decrease. However, it is judged to be available to construction material if research is continuously gone forward.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.30
no.2
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pp.44-54
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1988
This study was carried out to investigate the applicability of the conventional design method for ground supported circular cylindrical shell structures. For this purpose, the ensiled farm silo was adopted as a model structures. Herein, the conventional design method was based on the assumption that such structures are clamped at the bottom edges or the ground pressure is independent of the deflection at the surface. In the present paper, the applicability of above assumption was checked out by comparison with an exact method considering soil-structure interaction. Some results of numerical calculation show us ; When the ground is very hard, for example Winkler's constant k is larger than 100 kg / cm$^2$ / cm, or the bottom plate of structures has a infinitely stiffness, for example the bottom plate thickness is larger than 100 cm, the sectional forces, obtained from the conventional method at any wall of structures resting on an elastic foundation, can used for design purpose. Therefore, if the above condition is satisfied then the conventional assumptions can be justified for the design purpose. In this case, the assumption that such structures are fixed at the lower edges was more realistic than the assumption that the reaction pressure acting on structures is uniformly disributed since the accuracy of results of the analysis by the former assumption was higher than that obtained from the latter assumption. But the sectional forces in the bottom plate resting on ground directly could not be evaluate correctly by the conventional method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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