In this study, the progressive inelastic deformation, so called, thermal ratchet phenomenon which can occur in high temperature liquid metal reactor was simulated with thermal ratchet structural test facility and 316L stainless steel test cylinder. The inelastic deformation of the reactor baffle cylinder can occur due to the moving temperature distribution along the axial direction as the hot free surface moves up and down under the cyclic heat-up and cool-down of reactor operations. The ratchet deformations were measured with the laser displacement sensor and LVDTs after cooling the structural specimen which experiences thermal load up to $550^{\circ}$ and the temperature differences of about $500^{\circ}C$. During structural thermal ratchet test, the temperature distribution of the test cylinder along the axial direction was measured from 28 channels of thermocouples and the temperatures were used for the ratchet analysis. The thermal ratchet deformation analysis was performed with the NONSTA code whose constitutive model is nonlinear combined kinematic and isotropic hardening model and the test results were compared with those of the analysis. Thermal ratchet test was carried out with respect to 9 cycles of thermal loading and the maximum residual displacements were measured to be 1.8mm. It was shown that thermal ratchet load can cause a progressive deformation to the reactor structure. The analysis results with the combined hardening model were in reasonable agreement with those of the tests.
In this paper, load monitoring technologies using U-shape Magnetoelastic (EM or ME) sensors have been exploited systemically for the first time. The steel rod to be tested is the Japan 7 mm piano steel rod. The load dependence of the magnetic properties of the piano steel rod was manifested. Two experimental designs of U-shape magnetoelastic sensors were introduced, one with double pick-up concentric coils wound on the rod to be tested, the other with pick-up coil on one yoke foot. The former design is used to derive the correlation of the relative permeability with elastic tension, while the latter is aimed to reflect the stress induced magnetic flux variation along the magnetic circuit. Magnetostatic simulations provide interpretations for the yoke foot sensing technology. Tests with double pick-up coils indicate that under proper working points (primary voltages), the relative permeability varies linearly with the axial load for the Japan 7 mm piano steel rod. Tests with pick-up coil on the yoke foot show that the integrated sensing voltage changes quadratically with the load, and error is more acceptable when the working point is high enough.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.22-29
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2023
In the evaluation of seismic performance for structural materials and components, the loading rate and axial force can have a significant impact. Due to time-delay effects between input and output displacements, It is difficult to apply high-rate displacement in cyclic tests and hybrid simulations. Additionally, the difficulty of maintaining a consistent vertical load in the presence of lateral displacement has limited fast and real-time tests performed while maintaining a constant vertical load. In this study, slow, fast cyclic tests and real-time hybrid simulations were conducted to investigate the rate dependency and the influence of vertical loads of Isolation Bearing. In the experiment, the FLB System including an Adaptive Time Series (ATS) compensation and a state estimator was constructed for real-time control of displacement and vertical load. It was found that the vertical load from the superstructure and loading rate can have a significant impact on the strength of the seismic isolation bearing and its behavior during an earthquake. When conducting experiments for seismic performance evaluation, they must be implemented to be similar to reality. This study demonstrates the excellent performance of the system built and used for seismic performance evaluation and enables accurate and efficient seismic performance evaluation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.5
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pp.1765-1775
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2013
The application of FRP wire as a mean of improving strength and ductility capacity of concrete cylinders under axial compressive load through confinement is investigated experimentally in this study. An experimental investigation involves axial compressive test of three confining amounts of FRP wire and three concrete compressive strengths. The effectiveness of FRP wire confinement on the concrete microstructure were examined by evaluating the internal concrete damage using axial, circumferential, and volumetric strains. The axial stress-strain relations of FRP wire confined concrete showed bilinear behavior with transition region. It showed strain-hardening behavior in the post-cracking region. The load carrying capacity was linearly increased with increasing of the amount of FRP wire. The ultimate strength of the 35 MPa specimen confined with 3 layer of FRP wire was increased by 286% compared to control one. When the concrete were effectively confined with FRP wire, horizontal cracks were formed by shearing. It was developed from sudden expansion of the concrete due to confinement ruptures at one side while the FRP wire was still working in hindering expansion of concrete at the other side of the crack. The FRP wire failure strains obtained from FRP wire confined concrete tests were 55~90%, average 69.5%, of the FRP wire ultimate uniaxial tensile strain. It was as high as any other FRP confined method. The magnitude of FRP wire failure strain was related to the FRP wire effectiveness.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.349-356
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2000
Strenght and ductility are major factors in the aseismic design of a bridge pier. In spite of good performance in both steel piers have not been used widely due to high cost. But with the filled-in concrete the steel pier have advantages compare to the steel pier only such as improved strength ductility fast construction small section and reasonable cost. In this paper concrete-filled steel piers are tested using quasi-static cyclic lateral load with constant axial load to evaluate the performance. The secondary reinforcement devices such as bolts corner plate and turn buckle are used inside of the piers to improve the ductility with minimum additional cost. Test results shows filled-in concrete and secondary reinforcement devices increase the strength and the ductility of the steel pier.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.75-78
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2005
This study reports on the structural characteristics of slab-column connections using an ultra-high-strength-fiber-reinforced concrete. Compression tests were performed on two slab-column and four isolated column specimens. During the column load tests were performing on the slab-column specimens, the slab loads were also applied to consider actual confinement condition at the slab-column joint. The main parameter investigated was the ' puddling ' of ultra-high-strength-fiber-reinforced concrete. This paper also investigates the effects of some parameters on slab-column specimens and isolated column specimens without the surrounding slab for their ability to transmit axial loads from the ultra-high-strength concrete columns through slab-column connections. The beneficial effects of the ultra-high-strength-fiber-reinforced concrete puddling on the transmission of column loads through slab-column connections are demonstrated.
Hemu Karira;Dildar Ali Mangnejo;Aneel Kumar;Tauha Hussain Ali;Syed Naveed Raza Shah
Geomechanics and Engineering
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v.32
no.4
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pp.427-443
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2023
Across the globe, rapid urbanization demands the construction of basements for car parking and sub way station within the vicinity of high-rise buildings supported on piled raft foundations. As a consequence, ground movements caused by such excavations could interfere with the serviceability of the building and the piled raft as well. Hence, the prediction of the building responses to the adjacent excavations is of utmost importance. This study used three-dimensional numerical modelling to capture the effects of twin excavations (final depth of each excavation, He=24 m) on a 20-storey building resting on (4×4) piled raft. Because the considered structure, pile foundation, and soil deposit are three-dimensional in nature, the adopted three-dimensional numerical modelling can provide a more realistic simulation to capture responses of the system. The hypoplastic constitutive model was used to capture soil behaviour. The concrete damaged plasticity (CDP) model was used to capture the cracking behaviour in the concrete beams, columns and piles. The computed results revealed that the first excavation- induced substantial differential settlement (i.e., tilting) in the adjacent high-rise building while second excavation caused the building tilt back with smaller rate. As a result, the building remains tilted towards the first excavation with final value of tilting of 0.28%. Consequently, the most severe tensile cracking damage at the bottom of two middle columns. At the end of twin excavations, the building load resisted by the raft reduced to half of that the load before the excavations. The reduced load transferred to the piles resulting in increment of the axial load along the entire length of piles.
Du, Yong;Zhou, Huikai;Jiang, Jian;Liew, J.Y. Richard
Steel and Composite Structures
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v.38
no.2
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pp.121-139
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2021
Ultra-high strength concrete (UHSC) encased steel columns are receiving growing interest in high-rise buildings owing to their economic and architectural advantages. However, UHSC encased steel columns are not covered by the modern fire safety design code. A total of 14 fire tests are conducted on UHSC (120 MPa) encased steel columns under constant axial loads and exposed to ISO-834 standard fire. The effect of load ratio, slenderness, stirrup spacing, cross-section size and concrete cover to core steel on the fire resistance and failure mode of the specimens are investigated. The applicability of the tabulated method in EC4 (EN 1994-1-2-2005) and regression formula in Chinese code (DBJ/T 15-81-2011) to fire resistance of UHSC encased steel columns are checked. Generally, the test results reveal that the vertical displacement-heating time curves can be divided into two phases, i.e. thermal expansion and shortening to failure. It is found that the fire resistance of column specimens increases with the increase of the cross-section size and concrete cover to core steel, but decreases with the increase of the load ratio and slenderness. The EC4 method overestimates the fire resistance up to 186% (220 min), while the Chinese code underestimates it down to 49%. The Chinese code has a better agreement than EC4 with the test results since the former considers the effect of the load ratio, slenderness, cross section size directly in its empirical formula. To estimate the fire resistance precisely can improve the economy of structural fire design of ultra-high strength concrete encased steel columns.
Alaskar, Abdulaziz;Alyousef, Rayed;Alabduljabbar, Hisham;Alrshoudi, Fahed;Mohamed, Abdeliazim Mustafa;Jermsittiparsert, Kittisak;Ho, Lanh Si
Advances in concrete construction
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v.9
no.4
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pp.355-365
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2020
The influence of temperature on the material of concrete filled columns (CFCs) under axial loading has been quantitatively studied in this research. CFCs have many various advantages and disadvantages. One of the important inefficiency of classic CFCs design is the practical lack of hooped compression under the operational loads because of the fewer variables of Poisson's rate of concrete compared to steel. This is the reason why the holder tends to break away from the concrete core in elastic stage. It is also suggested to produce concrete filled steel tube columns with an initial compressed concrete core to surpass their design. Elevated temperatures have essentially reduced the strengths of steel tubes and the final capacity of CFCs exposed to fire. Thus, the computation of bearing capacity of concrete filled steel tube columns is studied here. Sometimes, the structures of concrete could be exposed to the high temperatures during altered times, accordingly, outcomes have shown a decrement in compressive-strength, then an increase with the reduction of this content. In addition, the moisture content at the minimal strength is declined with temperature rising. According to Finite Element (FE), the column performance assessment is carried out according to the axial load carrying capacities and the improvement of ductility and strength because of limitations. Self-stress could significantly develop the ultimate stiffness and capacity of concrete columns. In addition, the design equations for the ultimate capacity of concrete columns have been offered and the predictions satisfactorily agree with the numerical results. The proposed based model (FE model of PEC column) 65% aligns with the concrete exposed to high temperature. Therefore, computed solutions have represented a better perception of structural and thermal responses of CFC in fire.
Particulate matter (PM) is one of the major indoor air pollutants especially in the subway station in Korea. In order to remove PM in the subway station, several kinds of PM removal system such as roll-filter, auto-washable air filter, demister, and electrostatic precipitator are used in the air handling unit (AHU) of subway stations. However, those systems are prone to operation and maintenance problems since the filter-regeneration unit consisting of electrical or water jet parts might malfunction due to the high load of particulates unless the filter medium is periodically replaced. In this study, the use of axial-flow cyclone was proposed for particulate filter unit in the AHU for its low operation and maintenance cost. Novel shape of axial-flow cyclone was designed by using computational fluid dynamics (CFD). The shape of vortex vane was optimized in terms of pressure drop and tangential velocity. In addition, CFD analysis was validated experimentally through the pressure drop measurement of mock-up model. We found that pressure drop and tangential velocity of fluid through the axia-flow cyclone was significantly affected by the rotating degree of vortex vane and the numerical prediction of pressure drop agreed well with experimental measurement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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