This experimental research presents the seismic performance of steel reinforced high-strength concrete (SRHC) short columns. Eleven SRHC column specimens were tested under simulated earthquake loading conditions, including six short column specimens and five normal column specimens. The parameters studied included the axial load level, stirrup details and shear span ratio. The failure modes, critical region length, energy dissipation capacity and deformation capacity, stiffness and strength degradation and shear displacement of SRHC short columns were analyzed in detail. The effects of the parameters on seismic performance were discussed. The test results showed that SRHC short columns exhibited shear-flexure failure characteristics. The critical region length of SRHC short columns could be taken as the whole column height, regardless of axial load level. In comparison to SRHC normal columns, SRHC short columns had weaker energy dissipation capacity and deformation capacity, and experienced faster stiffness degradation and strength degradation. The decrease in energy dissipation and deformation capacity due to the decreasing shear span ratio was more serious when the axial load level was higher. However, SRHC short columns confined by multiple stirrups might possess good seismic behavior with enough deformation capacity (ultimate drift ratio ${\geq}2.5%$), even though a relative large axial load ratio (= 0.38) and relative small structural steel ratio (= 3.58%) were used, and were suitable to be used in tall buildings in earthquake regions.
Metallic energy-dissipation dampers are widely used in structures. They are comprised of an added damping and stiffness (ADAS) device with many parallel, diamond-shaped hole plates, the neck width of which is an important parameter. However, no studies have analyzed the neck width's influence on the ADAS device's performance. This study aims to better understand that influence by conducting a pseudo-static test on ADAS, with three different neck widths, and performing finite element analysis (FEA) models. Based on the FEA results and mechanical theory, a design neck width range was proposed. The results showed that when the neck width was within the specified range, the diamond-shaped hole plate achieved an ideal yield state with minimal stress concentration, where the ADAS had an optimal energy dissipation performance and the brittle shear fracture on the neck was avoided. The theoretical values of the ADAS yield loads were in good agreement with the test values. While the theoretical value of the elastic stiffness was lower than the test value, the discrepancy could be reduced with the proposed modified coefficient.
This paper describes an experimental study of the cyclic performance of concrete beams reinforced with CFRP prestressed concrete prisms (PCP). The failure modes, hysteretic loops, skeleton curve, ductility, energy dissipation capacity and stiffness degradation of concrete beams reinforced with CFRP prestressed concrete prisms were analyzed. The results show that The CFRP prestressed prisms reinforced concrete beams have good seismic performance. The level of effective prestress and cross section of CFRP prestressed prisms had a little influence on the bearing capacity, the ductility and energy dissipation capacity of CFRP prestressed prisms reinforced concrete beams.
The performance of steel fiber reinforced geopolymer concrete beam column joints under cyclic loading was investigated. The volume fraction of fibers considered were 0.25% (19.62 kg/㎥), 0.5% (39.24 kg/㎥), 0.75% (58.86 kg/㎥) and 1% (78.48 kg/㎥). A total of fifteen specimens were prepared and tested under reverse cyclic loading. Test results were analyzed with respect to first crack load, ultimate load, energy absorption capacity, energy dissipation capacity, stiffness degradation and load deflection behavior. Test results revealed that the addition of steel fibers enhanced the performance of geopolymer concrete beam column joints significantly. The joints were analyzed using finite element software ANSYS. The analytical results were found to compare satisfactorily with the experimental values.
Structures are designed in such a way that they behave in a nonlinear manner when subject to strong ground motions. Energy concepts have been widely used to evaluate the structural performance for the last few decades. Energy based design can be expressed as the balance of energy input and the energy dissipation capacity of the structure. New research is needed for multi degree of freedom systems (MDOFs)-real structures- within the framework of the energy based design methodology. In this paper, energy parameters are evaluated for low-, medium- and high-rise steel special concentrically braced frames (SCBFs) in terms of total energy input and hysteretic energy. Nonlinear dynamic time history analyses are carried out to assess the variation of energy terms along the height of the frames. A seismic energy demand spectrum is developed and hysteretic energy distributions within the frames are presented.
Earthquake induced hysteretic energy demand for a structure can be used as a limiting value of a certain performance level in seismic design of structures. In cases where it is larger than the hysteretic energy dissipation capacity of the structure, failure will occur. To be able to select the limiting value of hysteretic energy for a particular earthquake hazard level, it is required to define the variation of hysteretic energy in terms of probabilistic terms. This study focuses on the probabilistic evaluation of earthquake induced worst failure probability and approximate confidence intervals for inelastic single-degree-of-freedom (SDOF) systems with a typical steel moment connection based on hysteretic energy. For this purpose, hysteretic energy demand is predicted for a set of SDOF systems subject to an ensemble of moderate and severe EQGMs, while the hysteretic energy dissipation capacity is evaluated through the previously published cyclic test data on full-scale steel beam-to-column connections. The failure probability corresponding to the worst possible case is determined based on the hysteretic energy demand and dissipation capacity. The results show that as the capacity to demand ratio increases, the failure probability decreases dramatically. If this ratio is too small, then the failure is inevitable.
Li, Yan-Wen;Yam, Michael C.H.;Zhang, Ping;Ke, Ke;Wang, Yan-Bo
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.5
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pp.611-628
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2022
Energy-dissipative rocking (EDR) columns are a class of seismic mitigation device capable of dissipating seismic energy and preventing weak-story failure of moment resisting frames (MRFs). An EDR consists of two hinge-supported steel columns interconnected by steel dampers along its height. Under earthquakes, the input seismic energy can be dissipated by plastic energy of the steel dampers in the EDR column. However, the unrecoverable plastic deformation of steel dampers generally results in residual drifts in the structural system. This paper presents a proof-of-concept study on an innovative device, namely self-centring energy-dissipative rocking (SC-EDR) column, aiming at enabling self-centring capability of the EDR column by installing a set of shape memory alloy (SMA) tension braces. The working mechanism of the SC-EDR column is presented in detail, and the feasibility of the new device is carefully examined via experimental and numerical studies considering the parameters of the SMA bar diameter and the steel damper plate thickness. The seismic responses including load carrying capacities, stress distributions, base rocking behaviour, source of residual deformation, and energy dissipation are discussed in detail. A rational combination of the steel damper and the SMA tension braces can achieve excellent energy dissipation and self-centring performance.
This paper describes a design of a 1bit Carry Propagate Free Adder/Subtracter (CPFA/S) VLSI using the Adiabatic Dynamic CMOS Logic (ADCL) circuit technology. Using a PSPICE simulator, energy dissipation of the ADCL 1bit CPFA/S is compared with that of the CMOS 1bit CPFA/S. As a result, energy dissipation of the proposed ADCL circuits is about 1/23 as low as that of the CMOS circuits. The transistors count, propagation-delay tittle and energy dissipation of the ADCL 4bit CPFA/S are compared with those of the ADCL 4bit Carry Propagate Adder/Subtracter (CPA/S). The transistors count and propagation-delay tittle are found to be reduced by 7.02% and 57.1%, respectively. Also, energy dissipation is found to be reduced by 78.4%. Circuit operation and performance are evaluated using a chain of the ADCL 1bit CPFA/S fabricated in a $1.21mutextrm{m}$ CMOS process. The experimental results show that addition and subtraction are operated with clock frequencies up to about 1㎒.
Experiments were performed to explore the hysteretic performance of steel reinforced concrete (SRC) cross-shaped columns. Nine specimens were designed and tested under the combined action of compression, flexure, shear and torsion. Torsion-bending ratio (i.e., 0, 0.14, 0.21) and steel forms (i.e., Solid - web steel, T - shaped steel, Channel steel) were considered in the test. Both failure processes and modes were obtained during the whole loading procedure. Based on experimental data, seismic indexes, such as bearing capacity, ductility and energy dissipation were investigated in detail. Experimental results suggest that depending on the torsion-bending ratio, failure modes of SRC cross-shaped columns are bending failure, flexure-torsion failure and torsion-shear failure. Shear - displacement hysteretic loops are fuller than torque - twist angle hysteretic curves. SRC cross-shaped columns exhibit good ductility and deformation capacity. In the range of test parameters, the existence of torque does not reduce the shear force but it reduces the displacement and bending energy dissipation capacity. What is more, the bending energy dissipation capacity increases with the rising of displacement level, while the torsion energy dissipation capacity decreases.
Lee, Young Ho;Kim, Dae Un;Chung, Han Shik;Jeong, Hyo Min;Yi, Chung Seob
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.5
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pp.96-102
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2019
This study investigated the heat dissipation characteristics of a heat-sensitive LED. More than 80% of the power supply is converted into heat energy, which has a fatal impact on the lifetime of the LED. Therefore, the effective heat dissipation characteristics of a heatsink, such as a 30W floodlight, through forced convection were grasped and the heat transfer characteristics were tested. As a result, it was confirmed that the smaller the number of fins, the more the temperature distribution varies according to the wind velocity. In addition, the larger the number of fins, the smaller the temperature difference according to the wind velocity. Therefore, it was found through this experiment that excellent heat dissipation performance was exhibited as the heat dissipation area and wind velocity increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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