In this study, the flexural behaviors of one- and two-way reinforced concrete (RC) slabs strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) strips under impact loads were investigated. The flexural strengthening of RC slabs under simulated static monotonic loads has been comprehensively studied. However, the flexural behavior of RC slabs strengthened with CFRP strips has not been investigated extensively, particularly those conducted numerically. Nonlinear three-dimensional finite element models were developed, executed, and verified against previous experimental results, producing satisfactory models with approximately 4% error. The models were extended to a parametric study, considering three geometric parameters: the slab rectangularity ratio, CFRP strip width, and CFRP strip configuration. Finally, the main results were used to derive a new formula for predicting the total deflection of RC slabs strengthened with CFRP strips under impact loads with an error of approximately 10%. The proposed equation reflected the slab rectangularity, CFRP strip width, equivalent slab stiffness, and dropped weight. Results indicated that the use of CFRP strips enhanced the overall impact performance, the wider the CFRP width, the better the enhancement. Moreover, the application of diagonally oriented CFRP strips diminished the cracking zone compared to straight strips. Additionally, the diagonal orientation of CFRP strips was more efficient for two-way slabs while the vertical orientation was found to be better in the case of one-way slabs.
The failure behavior and tensile strength of sandstone materials under different strain rates are greatly different, especially under static loads and impact loads. In order to clearly investigate the failure mechanism of sandstone materials under static and impact loads, a series of Brazilian disc samples were used by employing green sandstone, red sandstone and black sandstone to carry out static and impact loading splitting tensile tests, and the failure properties subjected to two different loading conditions were analyzed and discussed. Subsequently, the failure behavior of sandstone materials also were simulated by finite element code. The good agreement between simulation results and experimental results can obtain the following significantly conclusions: (1) The relationship of the tensile strength among sandstone materials is that green sandstone < red sandstone < black sandstone, and the variation of the tensile sensitivity of sandstone materials is that green sandstone > red sandstone > black sandstone; (2) The mainly cause for the difference of dynamic tensile strength of sandstone materials is that the strength of crystal particles in sandstone material, and the tensile strength of sandstone is proportional to the fractal dimension; (3) The dynamic failure behavior of sandstone is greatly different from that of static failure behavior, and the dynamic tensile failure rate in dynamic failure behavior is about 54.92%.
The vehicle-induced aerodynamic loads bring vibrations to some of the highway sound barriers, for they are designed in consideration of natural wind loads only. As references to the previous field experiment, the vehicle-induced aerodynamic loads is investigated by numerical and theoretical methodologies. The numerical results are compared to the experimental one and proved to be available. By analyzing the flow field achieved in the numerical simulation, the potential flow is proved to be the main source of both head and wake impact, so the theoretical model is also validated. The results from the two methodologies show that the shorter vehicle length would produce larger negative pressure peak as the head impact and wake impact overlapping with each other, and together with the fast speed, it would lead to a wake without vortex shedding, which makes the potential hypothesis more accurate. It also proves the expectation in vehicle-induced aerodynamic loads on Highway Sound Barriers Part1: Field Experiment, that max/min pressure is proportional to the square of vehicle speed and inverse square of separation distance.
Ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) is a composite building material with high ductility, fatigue resistance, fracture toughness, durability, and energy absorption capacity. The aim of this study is to develop a nonlinear finite element model that can simulate the response of the UHPFRC beam exposed to impact loads. A nonlinear finite element model was developed in ABAQUS to simulate the real response of UHPFRC beams. The numerical results showed that the model was highly successful to capture the experimental results of selected beams from the literature. A parametric study was carried out to investigate the effects of reinforcement ratio and impact velocity on the response of the UHPFRC beam in terms of midpoint displacement, impact load value, and residual load-carrying capacity. In the parametric study, the nonlinear analysis was performed in two steps for 12 different finite element models. In the first step, dynamic analysis was performed to monitor the response of the UHPFRC beam under impact loads. In the second step, static analysis was conducted to determine the residual load-carrying capacity of the beams. The parametric study has shown that the reinforcement ratio and the impact velocity affect maximum and residual displacement value substantially.
The notched Charpy and Izod impact tests arc the most prevalent techniques used to characterize the effects of high impulse loads on ploymeric materials. An analysis method for rubber toughened PVC is suggested to evaluate critical strain energy release rates(Gc) from the Charpy impact energy measurements. An Instrumented Charpy impact tester was used to extract ancillary information concerning fracture properties in addition to total fracture properties and maximum critical loads. The stress intensity factor Kd was computed for varying amounts of rubber contents from the obtained maximum critical loads and also toughening effects were investigated as well.
U-Channel Bridge is effective bridge type, because its edge beam performs role of barrier and enables to reduce additional dead loads. Nevertheless, there is possibility of bridge collapse under impact load due to car crash. Also, edge beam must have ability to induce safe driving and prevent falling accidents. Therefore, this study carries out analysis of behavior of edge beam and slab and evaluation of structural stability under impact loads, based on Korean Highway Bridge Design Specifications and AASHTO LRFD Bridge Design Specification. According to analysis result, the maximum stress of edge beam and slab satisfies specification of allowable stress.
This paper presents experimental and analytical results of fiber reinforced polymer (FRP) confined steel tubular columns under transverse impact loads. Influences of applied impact energy, thickness of FRP jacket and impact position were discussed in detail, and then the impact responses of FRP confined steel tubes were compared with bare steel tubes. The test results revealed that the FRP jacket contributes to prevent outward buckling deformation of steel at the clamped end and inward buckling of steel at the impact position. For the given applied impact energy, specimens wrapped with one layer and three layers of FRP have the lower peak impact loads than those of the bare steel tubes, whereas specimens wrapped with five layers of FRP exhibit the higher peak impact loads. All the FRP confined steel tubular specimens displayed a longer duration time than the bare steel tubes under the same magnitude of impact energy, and the specimen wrapped with one layer of FRP had the longest duration time. In addition, increasing the applied impact energy leads to the increase of peak impact load and duration time, whereas increasing the distance of impact position from the clamped end results in the decrease of peak impact load and the increase of duration time. The dynamic analysis software Abaqus Explicit was used to simulate the mechanical behavior of FRP confined steel tubular columns, and the numerical results agreed well with the test data. Analytical solution for lateral displacement of an equivalent cantilever beam model subjected to impact load was derived out. Comparison of analytical and experimental results shows that the maximum displacement can be precisely predicted by the present theoretical model.
The incident bore impact loads acting on a tall structure is simulated using the refined Moving Particle Simulation (MPS) method. The particle method is more feasible and effective than conventional grid-based methods for the violent free-surface problems. In the present study, the simulation results for the temporal change of the hydrodynamic force on the structure and longitudinal velocity component around the structure are compared with the experiments (Radd and Bidoae, 2005). And the mitigation effects by installation of various obstacles in front of the main structure are investigated and discussed form the simulation results.
Lee, Kangsu;Ha, Yoon-Jin;Nam, Bo Woo;Kim, Kyong-Hwan;Hong, Sa Young
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.5
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pp.287-296
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2020
The wave-impact load on offshore structures can be divided into green-water and wave-slamming impact loads. These wave impact loads are known to have strong nonlinear characteristics. Although the wave impact loads are dealt with in the current classification rules in the shipping industry, their strong nonlinear characteristics are not considered in detail. Therefore, to investigate these characteristics, wave-impact loads induced by a breaking wave on a circular cylinder were analyzed. A model test was carried out to measure the wave-impact loads due to breaking waves in a two-dimensional (2D) wave tank. To generate a breaking wave, the focusing wave method was applied. A series of 2D tank tests under a horizontal wave impact was carried out to investigate the structural responses of the cylindrical structure, which were obtained from the measured model test data. According to the results, we proposed a structural damage-estimation procedure of an offshore tubular member due to a wave impact load. Furthermore, a recommended wave-impact load is suggested that considers the minimum required thickness of each member. From the experimental results, we found that the required minimum thickness is dependent on the impact pressure located in a three-dimensional space on the surface of a tubular member.
One way to provide safe buildings and to protect tenants from the terrorist attacks that have been increasing in the world is to study the behavior of buildings members after being exposed to dynamic loads. Buildings behaviour after being exposed to attacks inspired researchers all around the world to investigate the effect of impact loads on buildings members like slabs and to deeply study the properties of High Performance Concrete. HPC is well-known in its high performance and resistance to dynamic loads when it is compared with normal weight concrete. Therefore, the aim of this paper is finding out the impact of dynamic loads on RPC slabs' flexural capacity, serviceability loads, and failure type. For that purpose and to get answers for these questions, three concrete slabs with 0.5, 1, and 2% steel fiber contents were experimentally tested. The tests results showed that the content of steel fiber plays the key role in specifying the static capacity of concrete slabs after being dynamically loaded, and increasing the content of steel fiber led to improving the static loading capacity, decreased the cracks numbers and widths at the same time, and provided a safer environment for the buildings residents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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