Lee, Dong Kyu;Lee, Keon Woo;Park, Gi Joon;Kim, Sung Wook;Park, Jung Jun;Kim, Young Jin;Choi, Myoung Sung
Journal of the Korean Society of Safety
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v.33
no.2
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pp.86-93
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2018
Recently, the use of composite steel plate concrete structural modules filled with concrete between steel plates of complex internal structure, in which a large amount of studs are installed, is increasing in order to reduce the weight and to increase workability of structures such as LNG storage tanks. However, in Korea, there is no systematic criterion for evaluating the construction performance of composite steel plate concrete structural modules. Therefore, in this study, we propose a filling guideline of concrete for composite steel plate structural module. For this purpose, high filling performance concrete with general strength range was formulated and tested for filling ability and permeability for each formulation. Rheology analysis was performed to quantitatively evaluate the flow characteristics of concrete. The reliability of $T_{500}$ and plastic viscosity was evaluated to reflect the results of each test, and a guideline for high filling concrete satisfying the reliability of 0.9 or more was derived by reflecting the results of the study on the relationship between the $T_{500}$ and plastic viscosity. Through final fill-box test, filling performance was verified and guidelines were suggested.
Concrete-filled square steel tube (CFT) columns have inherently high fire resistance and load-bearing capacity. Nevertheless, it is sometimes necessary to improve their fire resistance using external fire protection. This paper presents the experimental results of the temperature distribution of CFT columns with fire protection. A fire load test was carried out by exposing small-scale specimens to heat in an electric furnace that was especially built for testing loaded columns. The temperature distribution of CFT columns under constant axial loads was determined, as were its significant parameters, such as the types of fire protection and thickness, the thickness of the square CFT, and the fire duration times. The results of this study showed the temperature distribution of each specimen of the electric furnace and the temperature distribution properties of concrete and steel. In addition, the axial displacement and local buckling behavior of CFT columns based on temperature changes was observed.
This study suggests mixing steel fibers in concrete to secure the toughness of the columns. Therefore, to evaluate the structural behavior of welded built-up square columns filled with steel fiber reinforced concrete, ten stub column specimens were fabricated for compressive loading test with variables of steel fiber mixing ratio and loading condition. It is deduced that the steel fibers continue to provide tensile strength even after the concrete cracks and thus improve the strength and behavior of the column when bending moment is applied to it. A small amount of steel fibers can improve compressive strength and bending strength and thus produce economically efficient results when employed in structural design.
An experimental study was performed for thin-walled rectangular concrete-filled tubular (CFT) columns. The present study mainly focused on evaluation of the axial load-carrying capacity of concrete-filled tubular columns using high-strength steel and slender section. The test parameters were width-to-thickness ratio, concrete strength, steel yield strength, and the use of stiffeners. Five specimens were tested under monotonic axial loading. Although elastic local buckling occurred in the slender-section specimens with high-strength steel, the specimens exhibited considerable post-buckling reserve. The test results also satisfied the predictions of a current design code. The specimens strengthened with vertical stiffeners exhibited improved strength and ductility when compared with the un-stiffened specimens.
The numerical simulation methodologies to evaluate the structural behaviors of prestressed concrete containment vessels (PCCVs) have been substantially developed in recent decades. However, there remain several issues to be investigated more closely to narrow the gap between test results and numerical simulations. As one of those issues, the effects of no stiffness inside unbonded tendon ducts on the behavior of PCCVs are investigated in this study. Duct holes for prestressing cables' passing are provided inside the containment wall and dome in one to three directions for general PCCVs. The specific stress distribution along the periphery of the prestressing duct hole and the loss of stiffness inside the hole, especially in an unbonded tendon system, are usually neglected in the analysis of PCCVs with the assumption that the duct hole is filled with concrete. However, duct holes are not small enough to be neglected. In this study, the effects of no stiffness inside the unbonded tendon system on the behaviors of PCCVs are evaluated using both analytical and numerical approaches. From the results, the effects of no stiffness in unbonded tendons need to be considered in numerical simulations for PCCVs, especially under internal pressure loading.
As well known, dowel bars are used to transfer traffic load acting on one edge to another edge of concrete slab in concrete pavement system. The dowel bars widely used in South Korea are round shape steel bar and they shows satisfactory performance under bending stress which is developed by repetitive traffic loading and environment loading. However, they are not invulnerable to erosion that may be caused by moisture from masonry joint or bottom of the pavement system. Especially, the erosion could rapidly progress with saline to prevent frost of snow in winter time. The problem under this circumstance is that the erosion not only drops strength of the steel dower bar but also comes with volume expansion of the steel dowel bar which can reduce load transferring efficiency of the steel dowel bar. To avoid this erosion problem in reasonable expenses, dowers bars with various materials are being developed. Fiber reinforced plastic(FRP) dower that is presented in this paper is suggested as an alternative of the steel dowel bar and it shows competitive resistance against erosion and tensile stress. The FRP dowel bar is developed in tube shape and is filled with high strength no shrinkage. Several slab thickness designs with the FRP dowel bars are performed by evaluating bearing stress between the dowel bar and concrete slab. To calculated the bearing stresses, theoretical formulation and finite element method(FEM) are utilized with material properties measured from laboratory tests. The results show that both FRP tube dowel bars with diameters of 32mm and 40mm satisfy bearing stress requirement for dowel bars. Also, with consideration that lean concrete is typical material to support concrete slab in South Korea, which means low load transfer efficiency and, therefore, low bearing stress, the FRP tube dowel bar can be used as a replacement of round shape steel bar.
The steel pipe of steel-concrete composite drilled shafts increases the pile strength and induces the ductile failure by constraining the deformation of the inner concrete. In this research, pile loading tests were performed to analyze the field applicability of a steel-concrete composite drilled shafts. The test ground consisted of 5~7 m thick soil underlying rock mass. The test piles consisted of two steel-concrete composite drilled shafts, which were the concrete filled steel pipe piles with the diameter of 0.508 m, and a concrete pile with the same diameter. The test results showed that the boundary between the upper steel composite section and the lower concrete section was structurally weak and needs to be reinforced by using a inner steel cage. If the boundary is located in deep depth, which is not influenced by lateral load, the allowable strength of the lower concrete section increases, so an economical design can be performed by increasing the design load of steel-concrete composite drilled shafts.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.9
no.3
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pp.253-259
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2021
Plastic wastes generated from household waste are separated by mixed discharge with foreign substances, and recycling is relatively low. In this study, the effect of the ratio and content of mixed plastic waste coarse aggregate(MPWCA)s and mixed plastic waste fine aggregate(MPWFA)s filled with blast furnace slag fine powder on the slump and compressive strength of concrete was evaluated experimentally. The MPWCAs were found to have a similar fineness modulus, but have a single particle size distribution with a smaller particle size compared to coarse aggregates. However, the MPWFAs were found to have a single particle size distribution with a larger fineness modulus and particle size compared to fine aggregates. Meanwhile, the effect of improving the density and filling pores by the blast furnace slag fine power was found to be greater in the MPWFA compared to the MPWCA. As the amount of the mixed plastic waste aggregate(MPWA)s increased, the slump and compressive strength of concrete decreased. In particular, the lower the slump and compressive strength of concrete was found to decrease the greater the amount of MPWFA than MPWCA when the amount of MPWA was the same. This is because of the entrapped air and voids formed under the angular- and ROD-shaped aggregates among the MPWFAs. On the other hand, the addition of the admixture and the increase in the unit amount of cement were found to be effective in improving the compressive strength of the concrete with MPWAs.
A nonlinear finite element model (FEM) using ATENA-3D software to simulate the axially compressive behavior of circular steel tube confined concrete (CSTCC) columns infilled with ultra high performance concrete (UHPC) was presented in this paper. Some modifications to the material type "CC3DNonlinCementitious2User" of UHPC without and with the incorporation of steel fibers (UHPFRC) in compression and tension were adopted in FEM. The predictions of utimate strength and axial load versus axial strain curves obtained from FEM were in a good agreement with the test results of eighteen tested columns. Based on the results of FEM, the load distribution on the steel tube and the concrete core was derived for each modeled column. Furthermore, the effect of bonding between the steel tube and the concrete core was clarified by the change of friction coefficient in the material type "CC3DInterface" in FEM. The numerical results revealed that the increase in the friction coefficient leads to a greater contribution from the steel tube, a decrease in the ultimate load and an increase in the magnitude of the loss of load capacity. By comparing the results of FEM with experimental results, the appropriate friction coefficient between the steel tube and the concrete core was defined as 0.3 to 0.6. In addition to the numerical evaluation, eighteen analytical models for confined concrete in the literature were used to predict the peak confined strength to assess their suitability. To cope with CSTCC stub and intermediate columns, the equations for estimating the lateral confining stress and the equations for considering the slenderness in the selected models were proposed. It was found that all selected models except for EC2 (2004) gave a very good prediction. Among them, the model of Bing et al. (2001) was the best predictor.
Ultra-lightweight cement composite (ULCC) with a compressive strength of 60 MPa and density of $1,450kg/m^3$ has been developed and used in the steel-concrete-steel (SCS) sandwich structures. This paper investigates the structural performances of SCS sandwich composite beams with ULCC as filled material. Overlapped headed shear studs were used to provide shear and tensile bond between the face plate and the lightweight core. Three-dimensional nonlinear finite element (FE) model was developed for the ultimate strength analysis of such SCS sandwich composite beams. The accuracy of the FE analysis was established by comparing the predicted results with the quasi-static tests on the SCS sandwich beams. The FE model was also applied to the nonlinear analysis on curved SCS sandwich beam and shells and the SCS sandwich beams with J-hook connectors and different concrete core including ULCC, lightweight concrete (LWC) and normal weight concrete (NWC). Validations were also carried out to check the accuracy of the FE analysis on the SCS sandwich beams with J-hook connectors and curved SCS sandwich structure. Finally, recommended FE analysis procedures were given.
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