Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.2
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pp.213-220
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2015
CFT column has a lot of structural advantages due to the composite behavior between in-filled concrete and steel tube. This paper deals with the development of an effective numerical model which can consider the bond-slip behavior between both components of concrete matrix and steel tube without taking double nodes. Since the applied axial load to in-filled concrete matrix is delivered to steel tube by the confinement effect and the friction, the governing equation related to the slip behavior can be constructed on the basis of the force equilibrium and the compatability conditions. In advance, the force and displacement relations between adjacent two nodes make it possible to express the slip behavior with the concrete nodes only. This model results in significant savings in the numerical modeling of CFT columns to take into account the effect of bond-slip. Finally, correlation studies between numerical results and experimental data are conducted to verifying the efficiency of the introduced numerical model.
Geon Hyeong Lee;Jae Hyung Park;Beomjin Jeong;Sung Joong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.8
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pp.3043-3066
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2024
In various small modular reactor (SMR) designs currently under development, the conventional concrete containment building has been replaced by a metal containment vessel (MCV). In these systems, the gap between the MCV and the reactor pressure vessel is filled with gas or vacuumed weakly, effectively suppressing conduction and convection heat transfer. However, thermal radiation remains the major mode of heat transfer during normal operation. The objective of this study was to investigate the heat-transfer mechanisms in integral pressurized water reactor (IPWR)-type SMRs under various gas-filled conditions using computational fluid dynamics. The use of thermal radiation shielding (TRS) with a much lower emissivity material than the MCV surface was also evaluated. The results showed that thermal radiation was always the dominant contributor to heat loss (48-97%), while the conjugated effects of the gas candidates on natural convection and thermal radiation varied depending on their thermal and radiative properties, including absorption coefficient. The TRS showed an excellent insulation performance, with a reduction in the total heat loss of 56-70% under the relatively low temperatures of the IPWR system, except for carbon dioxide (13%). Consequently, TRS can be utilized to enhance the thermal efficiency of SMR designs by suppressing the heat loss through the MCV.
Park, Yong;Kim, Kookhyun;Cho, Dae-Seung;Lee, Jong-Ju
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.56
no.1
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pp.94-101
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2019
Underwater acoustic power should be measured in a free field, but it is not easy to implement. In practice, the measurement could be performed in a reverberant field such as a water-filled steel tank and concrete tank. In this case, the structure and the acoustic field are strongly or weakly coupled according to material properties of the steel and water. So, characteristics of the water tank must be investigated in order to get the accurate underwater acoustic power. In detail, modal frequencies, mode shapes of the structure and frequency response functions of the acoustic field could represent the characteristics of the reverberant water tank. In this paper, the structure-acoustic coupling has been investigated on a reverberant water tank numerically and experimentally. The finite element analysis has been carried out to estimate the structural and acoustical modal parameters under the dry and water-filled conditions, respectively. In order to investigate the structure-acoustic coupling effect, the numerical analysis has been performed according to the structure stiffness change of the water tank. The acoustic frequency response functions were compared with the numerical analysis and acoustic exciting test. From the results, the structural modal frequencies of the water-filled condition have been decreased compared to those of the dry condition in the low frequency range. The acoustic frequency response functions under the coupled boundary conditions showed different patterns from those under the ideal boundary conditions such as the pressure release and rigid boundary condition, respectively.
Most recently, environmental problems arise from management waste tires by increasing number of automobiles. Waste tires are not compressible and not easy for degradation in landfill. Even if it were landfill, it is difficult to treat. Total amount of waste tires is about 20 million per year and the collection is 68.6% in this country. Structure of slope stability using waste tire blocks filled with concrete increases durability, reduce construction period, and it can be utilized as an example. Therefore, it reduces the volume of waste and recycles waste. Also, it prevents the air pollution due to the incineration and creates economic value.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.2A
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pp.149-159
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2010
This paper presents an experimental study on the structural behavior of composite CFT truss girder bridge with full depth precast panels. The length of span is 20,000 mm. The CFT truss girder is a tubular truss composed of chord members made of concrete-filled and hollow circular tubes. To determine fundamental structural characteristics such as the strength and deformation properties of composite CFT truss girder bridge, static and dynamic tests were conducted. The natural frequencies calculated by the FEM are in good agreement with experimental results obtained from dynamic test. Bracing have only a small effect on the natural frequencies of composite CFT truss girder bridge as indicated by the FEM results. The yield strength and deformation of the composite CFT truss girder bridges were investigated through a static bending test. Besides, the test results showed that uniform distribution of shear connectors can be applicable in composite CFT truss girder bridges.
In order to investigate anti-freeze process of precast concrete L-type retaining walls in cold regions, test walls were installed in the campus of Kitami Institute of Technology (KIT, Hokkaido, Japan). The wall consists of following three sections, i) back filled with frost susceptible clay soil, ii) using thermal insulation material, and back filled with frost susceptible soil, iii) back filled with frost-unsusceptible soil. The freezing front distribution and ground temperature within the backfill were observed and deflections of the walls were measured over three freeze-thaw seasons. Some understanding of the mechanisms of the build-up of frost heave pressure was gained, and the effectiveness of replacement method was observed. A simulation was performed to predict the shape of the freezing front in the backfill behind L-type walls with various cross sections. These findings were employed to propose a method for determining the appropriate zone to be replaced with frost unsusceptible backfill material in cold regions.
This paper describes the refined 3-D finite element (FE) modeling of composite frames composed of concrete-filled steel tubular (CFST) columns and steel-concrete composite beams based on the test to get a better understanding of the seismic behavior of the steel-concrete composite frames. A number of material nonlinearities and contact nonlinearities, as well as geometry nonlinearities, were taken into account. The elastoplastic behavior, as well as fracture and post-fracture behavior, of the FE models were in good agreement with those of the specimens. Besides, the beam and panel zone deformation of the analysis models fitted well with the corresponding deformation of the specimens. Parametric studies were conducted based on the refined finite elememt (FE) model. The analyzed parameters include slab width, slab thickness, shear connection degree and axial force ratio. The influences of these parameters, together with the presence of transverse beam, on the seismic behavior of the composite frame were studied. And some advices for the corresponding seismic design provisions of composite structures were proposed.
To determine the seismic applicability of a long-span railway concrete upper-deck arch bridge with concrete-filled steel-tube (CFST) rigid skeleton ribs, some fundamental principles and seismic approaches for long-span bridges are investigated to update the design methods in the current Code for Seismic Design of Railway Engineering of China. Ductile and mixed isolation design are investigated respectively to compare the structural seismic performances. The flexural moment and plastic rotation demands and capacities are quantified to assess the seismic status of the ductile components. A kind of triple friction pendulum (TFP) system and lead-plug rubber bearing are applied simultaneously to regularize the structural seismic demands. The numerical analysis shows that the current ductile layout with continuous rigid frame approaching spans should be strengthened to satisfy the demands of rare earthquakes. However, the mixed isolation design embodies excellent seismic performances for the continuous girder approaching span of this railway arch bridge.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.2
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pp.71-82
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2022
This paper presents the effect on the inelastic behavior and structural performance of concrete and filled steel pipe through a numerical method for reliable judgment under various load conditions of the CJS composite structural system. Variable values optimized for the CJS synthetic structural system and the effects of multiple variables used for finite element analysis to present analytical modeling were compared and analyzed with experimental results. The Winfrith concrete model was used as a concrete material model that describes the confinement effect well, and the concrete structure was modeled with solid elements. Through geometric analysis of shell and solid elements, rectangular steel pipe columns and steel elements were modeled as shell elements. In addition, the slip behavior of the joint between the concrete column and the rectangular steel pipe was described using the Surface-to-Surface function. After finite element analysis modeling, simulation was performed for cyclic loading after assuming that the lower part of the foundation was a pin in the same way as in the experiment. The analysis model was verified by comparing the calculated analysis results with the experimental results, focusing on initial stiffness, maximum strength, and energy dissipation capability.
The goal of this paper is to understand the stress-transfer mechanism of concrete-filled tubular column to H-beam connections with external T-stiffener through the finite element method and to offer basic data for the design of T-stiffener. To identify the problems of previous test results, the same shapes of the full-scale test specimens were modeled for the finite element analysis. Results of the analysis were compared with the test results. Several stress and strain indices were used to understand the stress-transfer mechanism of connection with various T-stiffeners parameters. The models of analysis with different T-stiffener are grouped into TS, TSD, and TSH series. An alternative plan that decreases the stress concentration of beam flange to horizontal stiffener connection is proposed through the elasto-plastic finite element method. The basic design idea and minimum sizes of T-stiffener were proposed based on the various indices in relation to the connection details.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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