This paper is concentrated on the behaviors of five different types of fiber reinforced concrete (FRC) in uniaxial tension and flexural impact. The complete stress-strain responses in tension were acquired through a systematic experimental program. It was found that the tensile peak strains of concrete with micro polyethylene (PEF) fiber are about 18-31% higher than that of matrix concrete, those for composite with macro polypropylene fiber is 40-83% higher than that of steel fiber reinforced concrete (SFRC). The fracture energy of composites with micro-fiber is 23-67% higher than that of matrix concrete; this for macro polypropylene fiber and steel fiber FRCs are about 150-210% and 270-320% larger than that of plain concrete respectively. Micro-fiber is more effective than macro-fiber for initial crack impact resistance; however, the failure impact resistance of macro-fiber is significantly larger than that of microfiber, especially macro-polypropylene-fiber.
A 1/3 composite cylindrical shell with a central rectangular opening was axially compressed experimentally, and its critical buckling load and displacement, and strains were measured. A finite element model (FEM) of the shell with Hashin failure criteria was established to analyze its buckling and post-buckling behaviors by nonlinear Newton-Raphson method. The geometric imperfection sensitivity and the effect of side supported conditions of the shell were investigated. It was found that the Newton-Raphson method can be used to analyze the buckling and post-buckling behaviors of the shell. The shell is not sensitive to initial geometric imperfection. And the support design of the shell by side stiffeners is a good way to obtain the critical buckling load and simplify the experimental fixture.
Chen, Xingchong;Zhang, Xiyin;Zhang, Yongliang;Ding, Mingbo;Wang, Yi
Geomechanics and Engineering
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v.20
no.4
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pp.323-331
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2020
Pile foundation is widely used for railway bridges in loess throughout northwestern China. Modeling of the loess-pile interaction is an essential part for seismic analysis of bridge with pile foundation at seismically active regions. A quasi-static test is carried out to investigate the hysteretic behaviors of pile foundation in collapsible loess. The failure characteristics of the bridge pile-loess system under the cyclic lateral loading are summarized. From the test results, the energy dissipation, stiffness degradation and ductility of the pile foundation in loess are analyzed. Therefore, a bilinear model with stiffness degradation is recommended for the nonlinearity of the bridge pier-pile-loess system. It can be found that the stiffness of the bridge pier-pile-loess system decreases quickly in the initial stage, and then becomes more slowly with the increase of the displacement ductility. The equivalent viscous damping ratio is defined as the ratio of the dissipated energy in one cycle of hysteresis curves and increases with the lateral displacement.
In this study, scaled model tests were performed to investigate the deformation behaviors around twin tunnels. Eleven types of test models which had respectively different pillar widths, rock types and loading conditions were mode, where the modelling materials were the mixture of sand, plaster and water. The models with shallower pillar width were cracked under lower pressure than the models with thicker pillar width, and they showed the more tunnel convergences and the clear spatting failures. The models of hard rock were cracked under 50% higher pressure than the models of soft rock and they showed the less tunnel convergences. The failure and deformation behaviors of twin tunnels were also dependent on the loading conditions of models. Futhermore, the results of FLAC analysis were qualitatively coincident with the test results.
This paper presents a three-dimensional, transient cold-start polymer electrolyte fuel cell (PEFC) model to numerically evaluate the effects of membrane electrode assembly (MEA) design and cell location in a PEFC stack on PEFC cold start behaviors. The cold-start simulations show that the end cell experiences significant heat loss to the sub-freezing ambient and thus finally cold-start failure due to considerable ice filling in the cathode catalyst layer. On the other hand, the middle cells in the stack successfully start from $-30^{\circ}C$ sub-freezing temperature due to rapid cell temperature rise owing to the efficient use of waste heat generated during the cold-start. In addition, the simulation results clearly indicate that the cathode catalyst layer (CL) composition and thickness have an substantial influence on PEFC cold-start behaviors while membrane thickness has limited effect mainly due to inefficient water absorption and transport capability at subzero temperatures.
Kaloop, Mosbeh R.;Son, Hong Min;Sim, Hyoung-Bo;Kim, Dongwook;Hu, Jong Wan
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.2
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pp.201-214
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2020
This study aims at evaluating composite moment frame structures (CFS) using wavelet analysis of the displacement behavior of these structures. Five seismic damage mitigation systems' models of 9-story CFS are examined namely, basic (Model 1), reinforced (Model 2), buckling restrained braced (BRB) (Model 3), lead rubber bearing (LRB) (Model 4), and composite (Model 5) moment frames. A novel integration between continuous and discrete wavelet transforms is designed to estimate the wavelet power energy and variance of measurements' behaviors. The behaviors of the designed models are evaluated under influence of four seismic loads to study the dynamic performance of CFS in the frequency domain. The results show the behaviors of models 3 and 5 are lower than other models in terms of displacement and frequency performances. Model 3 has been shown lower performances in terms of energy and variance wavelets along the monitoring time; therefore, Model 3 demonstrates superior performance and low probability of failure under seismic loads. Furthermore, the wavelet variance analysis is shown a powerful tool that can be used to assess the CFS under seismic hazards.
This study aimed to investigate the engineering properties and mechanical behaviors of polymer-fibers treated sand. Para rubber (PR), natural fiber (NF), and geosynthetic fiber (GF) were used to reinforce poorly graded sand. A series of unconfined compressive and splitting tensile strength tests were performed to analyze the engineering behaviors and strength enhancement mechanism. The experiment results indicated that the PR-fibers mixture could firmly enhance the strength properties of sand. The stress-strain characteristics and failure patterns have been changed due to the increase of PR and fibers content. The presence of PR and fibers strengthened the sand and enhanced the stiffness and ductility behavior of the mixture. The stiffness of reinforced sand reaches an optimum state when both NF and GF are 0.5%, while the optimum PR contents are 20% and 22.5% for the mixture with NF and GF, respectively. An addition of PR and fiber into sand contributed to increasing interlocking zone and bonding of PR-sand interfacial.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.1
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pp.151-157
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2008
It is difficult for existing beams to ensure the sufficient embedding depth due to constructional cause. Owing to these problems, currently FRP-Rod embedding repair method run parallel with a section increasing method in many case. In this study, anchor pin was adopted to solving the problems of the sliding of FRP-Rod and the unified behaviors of the repaired beam without increasing the section. In the experiments, split failure of covering concrete and slippage of the FRP-Rod were not occurred. it was confirmed that FRP-Rod shown the integrate behaviors with RC beam till the repaired beams destroyed.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.187-194
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2002
Bridge dynamic behaviors and the failure of the foundation are examined in this study under seismic excitations including the local scour effect. The simplified mechanical model, which can consider the effect of various influence elements, is proposed to simulate the bridge motions. The scour depths around the foundations are estimated by the CSU equation recommended by the HEC-18 and the local scour effect upon global bridge motions is then considered by applying various foundation stiffness based upon the reduced embedded depths. From the simulation results, it is found that seismic responses of a bridge with the same scour depth for both foundations increase due to the local scour effect. The bridge scour is found to be significant under weak and moderate seismic intensity. The recovery durations of the foundation stiffness after local scour are found to be critical in the estimation of the probability of foundation failure under earthquakes. Therefore, the safety of the whole bridge system should be conducted with the consideration of the scour effect upon the foundations and the recovery duration of stiffness should be determined rationally.
In this study, SiC powder was added to twill woven carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composites to improve its mechanical properties. An acoustic emission (AE) frequency analysis method was suggested for the prediction of failure behaviors. Tensile tests were conducted and the fracture characteristics of each component of the SiC reinforced composite were evaluated using AE. The results showed that SiC powder improved the strength of twill woven CFRP composites and the fracture behavior of the SiC reinforced CFRP composite and its crack extension could be effectively evaluated on the basis of the specific AE frequency bands which are 100 to 228 kHz and 428 to 536 kHz upon the resin failure and 232 to 424 kHz due to addition of SiC powder and 576 to 864 kHz at the fiber breakage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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