The focus of this study is on the structural behaviour of reinforced concrete beams in which basalt fiber and SBR latex were added and the cement was partially replaced with 10% of hypo sludge. Eight different mixes of reinforced beam specimens were tested under static loading behaviour. The experiments showed, the structural behaviour with features such as load-deflection relationships, crack pattern, crack propagation, number of crack, crack spacing and moment curvature. A stress-strain relationship to represent the overall behavior of reinforced concrete in tension, which includes the combined effects of cracking and mode of failure along the reinforcement, is proposed. The structural behaviour results of reinforced concrete beams with various types of mix were tested at the age of 28 days. The investigation revealed that the flexural behaviors of hypo sludge reinforced concrete beams with addition of basalt fiber and SBR latex was higher than that of control concrete reinforced beam. The specimen (LHSBFC) with 10% hypo sludge, 0.25% Basalt fiber and 10% SBR latex showed an increase of 5.08% load carrying capacity, 7.6% stiffness, 3.97% ductility, 31.29% energy dissipation when compared to the control concrete beam. The analytical investigation using FEM shows that it was in good agreement with the experimental investigation.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.4
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pp.39-48
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2022
The energy dissipation of inverted V-type eccentric steel braced frames can be achieved through the yielding of a slit link, through yielding of a number of strips between slits when the frame is subjected to inelastic cyclic deformation. On the other hand, the development of seismic resistance system without residual deformation is obtained by applying the superelasdtic shape memory alloy (SMA) material into the brace and link elements. This paper presents results from a systematic three-dimensional nonlinear finite element analysis on the structural behavior of the eccentric bracing systems subjected to cyclic loadings. A wide scope of structural behaviors explains the horizontal stiffness, hysteretic behaviors, and failure modes of the recentering eccentric bracing system. The accurate results presented here serve as benchmark data for comparison with results obtained using modern experimental testing and alternative theoretical approaches.
The Brace-Type Shear Fuse (BSF) device is a newly proposed steel damper with excellent cumulative ductility and stable energy dissipation. In consideration of the current situation where there are not many alternatives for transversal seismic devices used in long-span three-tower self-anchored bridges (TSSBs), this paper implements improved BSFs into the world's longest TSSB, named Jinan Fenghuang Yellow River Bridge. The new details of the BSF are developed for the TSSB, and the force-displacement hysteretic curves of the BSFs are obtained using finite element (FE) simulations. A three-dimensional refined finite element model for the research TSSB was established in SAP2000, and the effects of BSFs on dynamic characteristics and seismic response of the TSSB under different site conditions were investigated by the numerical simulation method. The results show that remarkable controlling effects of BSFs on seismic response of TSSBs under different site conditions were obtained. Compared with the case without BSFs, the TSSB installed with BSFs has mitigation ratios of the tower top displacement, lateral girder displacement, tower bending moment and tower shear force exceeding 95%, 78%, 330% and 346%, respectively. Meanwhile, BSFs have a sufficient restoring force mechanism with a minor post-earthquake residual displacement. The proposed BSFs exhibit good application prospects in long-span TSSBs.
Zheng Lu;Mengyao Zhou;Jiawei Zhang;Zhikuang Huang;Sami F. Masri
Smart Structures and Systems
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v.31
no.5
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pp.455-467
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2023
Impact damper is a passive damping system that controls undesirable vibration with mass block impacting with stops fixed to the excited structure, introducing momentum exchange and energy dissipation. However, harmful momentum exchange may occur in the random excitation increasing structural response. Based on the mechanism of impact damping system, a semi-active impact damper (SAID) with controllable impact timing as well as a semi-active control strategy is proposed to enhance the seismic performance of engineering structures in this paper. Comparative experimental studies were conducted to investigate the damping performances of the passive impact damper and SAID. The extreme working conditions for SAID were also discussed and approaches to enhance the damping effect under high-intensity excitations were proposed. A numerical simulation model of SAID attached to a frame structure was established to further explore the damping mechanism. The experimental and numerical results show that the SAID has better control effect than the traditional passive impact damper and can effectively broaden the damping frequency band. The parametric studies illustrate the mass ratio and impact damping ratio of SAID can significantly influence the vibration control effect by affecting the impact force.
This paper presents findings from an experimental study that was focused on evaluating the use of Forta-Ferro (FF) and Polyvinyl Alcohol (PVA) fibers on the response of moderate and special ductility beams under load cycles. For this reason, eight full-scale specimens, identical in geometry, were subjected to gradual cyclic loading. The specimens included two plain concrete beams with medium and special ductility, three beams with medium ductility and stirrup spacing of one-quarter the effective depth (d/4) and three beams with special ductility, and stirrup spacing of one-half the effective depth (d/2), strengthened with FF and PVA fibers separately. The use of fibers was aimed at reducing the amount of shear reinforcement in flexural members. Here, the variation of parameters including the maximum strength, ultimate strength, stiffness, ductility, damage index, energy dissipation, and equivalent damping was studied. Utilizing FF and PVA fibers improved the performance in beams with moderate ductility when compared to those beams with special ductility. Therefore, in special ductility beams, fibers can be used instead of crossties and in moderate ductility beams, fibers can be added to reduce the ratio of shear reinforcement. Furthermore, increasing the stirrup spacing in the moderate ductility beams from d/4 to d/2 and adding 0.6% FF or 1.5% PVA fibers resulted in behavior similar to those of the moderate ductility beam.
With the development and utilization of urban underground space, the artificial ground freezing technology has been widely used in the construction of underground engineering in soft soil areas. The mechanical properties of soft clay changed greatly after freezing and thawing, which affected the seismic performance of underground structures. In this paper, a series of triaxial tests were carried out to study the dynamic response of the freezing-thawing clay under the seismic load considering different dynamic stress amplitudes and different confining pressures. The reduction factor of dynamic shear stress was determined to correct the amplitude of the seismic load. The deformation development mode, the stress-strain relationship and the energy dissipation behavior of the soft clay under the seismic load were analyzed. An empirical model for predicting accumulative plastic strain was proposed and validated considering the loading times, the confining pressures and the dynamic stress amplitudes. The relevant research results can provide a theoretical reference to the seismic design of underground structures in soft clay areas.
Xiaohu Li;Hao Luo;Xihao Ren;Tao Zhang;Lei Li;Ke Shi
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.345-356
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2024
This paper aims to investigate the seismic behavior of double steel plate and concrete composite shear wall (DSCW) of shield buildings in nuclear power engineering through experimental study. Hence, a total of 10 specimens were tested to investigate the hysteretic performance of DSCW specimens in detail, in terms of load vs. displacement hysteretic curves, skeleton curves, failure modes, flexural strength, energy dissipation capacity. The experimental results indicated that the thickness of steel plate, vertical load and stiffener have great influence on the shear bearing capacity of shear wall, and the stud space has limited influence on the shear capacity. And finally, a novel simplified formula was proposed to predict the shear bearing capacity of composite shear wall. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental results.
In recent decades, the majority of studies have concentrated on the utilization of Steel Square Hollow Section (SHS) columns, with minimal attention given to reinforcing columns exhibiting inherent defects. This study addresses this gap by introducing initial vertical and horizontal defects at three distinct locations (top, middle, and bottom) and employing Carbon-FRP for reinforcement. The research investigates the dimensional and positional impacts of these defects on the axial behavior of SHS columns. A total of 29 samples, comprising 17 with defects, 11 strengthened, and 1 defect-free control, underwent examination. The study employed ABAQUS modeling and conducted experimental testing. Results revealed that defects located at different positions significantly diminished the load-bearing capacity and initial performance of the steel columns. Axial loading induced local buckling and lateral rupture, particularly at the defect side, in short columns. Notably, horizontal (across the column's width) and vertical (along the column's height) defects in the middle led to the most substantial reduction in strength and load-bearing capacity. The axial compressive failure increased with the length-to-width ratio of the defect. Moreover, the application of four carbon fiber layers to strengthen the steel columns resulted in increased Energy Dissipation and a delayed onset of local buckling in the face of axial ruptures.
The test results from three one fourth scale models using high strength Reinforced Concrete $f_x=704\;kg/cm^2,\;f_y=5.830\;kg/cm^2$ are presented. Such specimens are considered to represent the critical 3 storics of 60-story tall building of a structural wall system in area of high seismicity respectively. They are tested under inplane vertical and horizontal loading. The main varlable is the level of axial stress. The amounts of vertical and horizontal reinforcement are identical for the three walls testcd. The cross-section of all walls is barbell shape. The aspectratio($h_w/I_w$) of test specimen is 1.8. The aim of the study is to investigate the effects of levels of applied axial stresses on the inelastic behavior of high-strength R /C tall walls. Experimental results of high strength R /C tall walls subjected to axial load and simulated sels rnic loading show that it is possible to insure a ductlle dominant performance by promotmg flex ural yielding of vertical reinforcement and that axial stresses within $O.21f_x$ causes an increase in horizontal load-carrying capacity, initial secant st~ffness characteristics, but an decrease in displacement ductility. energy dissipation index and work damage index of high strength K /C tall walls
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.1
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pp.9-14
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2017
In the present work, a mechanical performances under cyclic loading in RC (Reinforced Concrete) beams with normal steel and FRPH (Fiber Reinforced Plastic Hybrid) bar are investigated. For the work, RC beam members with $200{\times}200{\times}2175mm$ of geometry and 24 Mpa of design strength are prepared, and 4-point-bending tests are performed for evaluation of cracking, yielding, and ultimate loads. Through static loading test, 48.9kN and 36.0 kN of yielding loads are measured for normal RC and FRPH beam, respectively. They have almost same ultimate load of 50.0 kN. Typical tension hardening behavior is observed in FRPH beam, which is caused by the behavior of FRPH bar with tension hardening. In cyclic loading conditions, FRPH beam has more smaller crack width and scattered crack pattern, and it shows more elastic recovery than normal RC beam. The energy dissipation ratio in FRPH beam is 0.83, which is greater than 0.62 in normal RC beam and it shows more effective resistance to cyclic loadings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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