Alignments of railways recently constructed in Korea have been straightened due to the advent of high-speed rail, which means increasing the numbers of tunnels and bridges. Overbreak during tunnel construction may be unavoidable, and is very influential on overall stability. Over-excavation in tunneling is also one of the most important factors in construction costs. Overbreak problems around crown areas have decreased with improvements of excavation methods, but overbreak problems around bottom areas have not decreased because those areas are not very influential on tunnel stability compared with crown areas. The filling costs of 10 cm thickness of overbreak at the bottom of a tunnel are covered under construction costs by Korea Railway Authority regulations, but filling costs for more than the covered thickness are considered losses of construction cost. The filling material for overbreak bottoms of tunnels should be concrete, but concrete and mixed granular materials with fractured rock are also used for some sites. Tunnels in which granular materials with fractured rock are used may have a discontinuous section under the concrete slab track. The discontinuous section influences the propagation of waves generated from train operation. When the bottom of a tunnel is filled with only concrete material, the bottom of the tunnel can be considered as a continuous section, in which the waves generated from a train may propagate without reflection waves. However, a discontinuous section filled with mixed granular materials may reflect waves, which can cause resonance of vibration. The filled materials and vibration propagation characteristics are studied in this research. Tunnel bottom filling materials that have ratios of granular material to concrete of 5.0 %, 11.5 %, and 18.0 % are investigated. Samples were made and tested to determine their material properties. Static numerical analyses were performed using the FEM program under train operation load; test results were found to satisfy the stability requirements. However, dynamic analysis results show that some mixed ratios may generate resonance vibration from train operation at certain speeds.
In this paper, the applicability of a 1900mm-deep concrete-filled U-shaped composite beam to composite ordinary moment frames (C-OMFs) was investigated based on existing test results from smaller-sized specimens and supplemental numerical studies since full-scale seismic testing of such a huge sized beam is practically impossible. The key issue was the web local buckling of concrete-filled U section under negative bending. Based on 13 existing test results compiled, the relationship between web slenderness and story drift capacity was obtained. From this relationship, a 1900mm-deep mega beam, fabricated with 25mm-thick plate was expected to experience the web local buckling at 2% story drift and eventually reach a story drift over 3%, thus much exceeding the requirements of C-OMFs. The limiting width to thickness ratio according to the 2010 AISC Specification was shown to be conservative for U section webs of this study. The test-validated supplemental nonlinear finite element analysis was also conducted to further investigate the effects of the horizontal stiffeners (used to tie two webs of a U section) on web local buckling and flexural strength. First, it is shown that the nominal plastic moment under negative bending can be developed without using the horizontal stiffeners, although the presence of the stiffeners can delay the occurrence of web local buckling and restrain its propagation. Considering all these, it is concluded that the 1900mm-deep concrete-filled U-shaped composite beam investigated can be conservatively applied to C-OMFs. Finally, some useful recommendations for the arrangement and design of the horizontal stiffeners are also recommended based on the numerical results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.257-260
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2008
The heat resistance of steel materials tends to weaken due to its high heat transfer properties, which might result in deteriorated strength because of rapidly rising temperature on surface in a fire. Particularly in case of CFT column that bears tensile stress of the structure on its external steel members, a numerical analysis on deterioration of strength and variation of stress shall be first carried out to ensure the structure will have sufficient fire resistance. In the study, based on values obtained from the high temperature material property test of steel materials and concrete, the test to forecast the fire behavior of CFT column was conducted using a finite element analysis method (ABAQUS). An Analysis in a bid to predict the heat transfer and the behavior characteristics by varying the strength of the concrete filled to the range of 40MPA and 50MPA was carried out. As a result of analysis of CFT column on condition of 180-minute exposure under the standard fire condition, 123mm of strain appeared with 40MPA model, while 91mm contraction with 50MPA model.
In this paper, the shear behavior of soft filling in rectangular-hollow concrete specimens was simulated using the 2D particle flow code (PFC2D). The laboratory-measured properties were used to calibrate some PFC2D micro-properties for modeling the behavior of geo-materials. The dimensions of prepared and modeled samples were 100 mm×100 mm. Some disc type narrow bands were removed from the central part of the model and different lengths of bridge areas (i.e., the distance between internal tips of two joints) with lengths of 30 mm, 50 mm, and 70 mm were produced. Then, the middle of the rectangular hollow was filled with cement material. Three filling sizes with dimensions of 5 mm×5 mm, 10 mm×5 mm, and 15 mm×5 mm were provided for different modeled samples. The parallel bond model was used to calibrate and re-produce these modeled specimens. Therefore, totally, 9 different types of samples were designed for the shear tests in PFC2D. The shear load was gradually applied to the model under a constant loading condition of 3 MPa (σc/3). The loading was continued till shear failure occur in the modeled concrete specimens. It has been shown that both tensile and shear cracks may occur in the fillings. The shear cracks mainly initiated from the crack (joint) tips and coalesced with another one. The shear displacements and shear strengths were both increased as the filling dimensions increased (for the case of a bridge area with a particular fixed length).
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.9
no.4
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pp.413-418
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2021
In this study, as a basic study to use recycled limestone powder as a secondary product mixture for concrete, it was found that the compressive and flexural strengths were equal to or slightly improved compared to Plain up to 10% and 20% of the RLP mixing ratio, but the strength was rather decreased at 30% mixing. As a result of the heat of hydration experiment, as the RLP mixing rate increased, the heat of hydration decreased, and the elapsed time of the maximum heat was also delayed. As a result of the drying shrinkage test, as the fine powder RLP filled the internal pores of the cement mortar, the drying shrinkage decreased as the mixing rate increased. The compressive strength, water absorption rate, and compressive strength after freezing and thawing of the concrete block mixed with RLP 20% all satisfied the group standard criteria of the Korea Concrete Industry Cooperative Federation, confirming the possibility of use as a mixed material.
Mohammad Saeed, Amini;Vahab, Sarfarazi;Kaveh, Asgari;Xiao, Wang;Mojtaba Moheb, Hoori
Steel and Composite Structures
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v.46
no.1
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pp.53-73
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2023
Man-made structure materials like concrete usually contain inclusions. These inclusions affect the mechanical properties of concrete. In this investigation, the influence of inclusion length and inclination angle on three-dimensional failure mechanism of concrete under uniaxial compression were performed using experimental test and numerical simulation. Approach of acoustic emission were jointly used to analyze the damage and fracture process. Besides, by combining the stress-strain behavior, quantitative determination of the thresholds of crack stress were done. concrete specimens with dimensions of 120 mm × 150 mm × 100 mm were provided. One and two holes filled by gypsum are incorporated in concrete samples. To build the inclusion, firstly cylinder steel tube was pre-inserting into the concrete and removing them after the initial hardening of the specimen. Secondly, the gypsum was poured into the holes. Tensile strengths of concrete and gypsum were 2.45 MPa and 1.5 MPa, respectively. The angle bertween inclusions and axial loadind ary from 0 to 90 with increases of 30. The length of inclusion vary from 25 mm to 100 mm with increases of 25 mm. Diameter of the hole was 20 mm. Entirely 20 various models were examined under uniaxial test. Simultaneous with experimental tests, numerical simulation (Particle flow code in two dimension) were carried out on the numerical models containing the inclusions. The numerical model were calibrated firstly by experimental outputs and then failure behavior of models containing inclusions have been investigated. The angle bertween inclusions and axial loadind vary from 0 to 90 with increases of 15. The length of inclusion vary from 25 mm to 100 mm with increases of 25 mm. Entirely 32 various models were examined under uniaxial test. Loading rate was 0.05 mm/sec. The results indicated that when inclusion has occupied 100% of sample thickness, two tensile cracks originated from boundaries of sample and spread parallel to the loading direction until being integrated together. When inclusion has occupied 75% of sample thickness, four tensile cracks originated from boundaries of sample and spread parallel to the loading direction until being integrated together. When inclusions have occupied 50% and 25% of sample thickness, four tensile cracks originated from boundaries of sample and spread parallel to the loading direction until being integrated together. Also the inclusion was failed by one tensile crack. The compressive strength of samples decease with the decreases of the inclusions length, and inclusion angle had some effects on that. Failure of concrete is mostly due to the tensile crack. The behavior of crack, was affected by the inclusion length and inclusion number.
Chang, Sung Pil;Shim, Chang Su;Kim, Jong Hee;Kim, Young Jin
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.10
no.4
s.37
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pp.759-767
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1998
Full-depth precast concrete deck bridge has shear pockets for shear connectors that give composite action with steel girder. Strength and shear stiffness of shear connection that is needed to design shear connectors in case that shear pockets are filled with nonshrink mortar are investigated. In case that simple span full-depth precast concrete deck bridge is designed by allowable stress design, distribution of shear connector is suggested and details of precast panel that is placed on the support are proposed. Appropriate distribution of shear connectors in strength design and fatigue design is investigated through parameter analyses using partial interaction theory. The effects of nonshrink mortar strength is studied using the results of experiments and analyses and adequate strength is proposed.
Deifalla, Ahmed F.;Fattouh, Fattouh M.;Fawzy, Mona M.;Hussein, Ibrahim S.
Steel and Composite Structures
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v.33
no.6
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pp.793-803
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2019
Concrete-filled steel tubular (CFST) beam-columns are widely used owing to their good performance. They have high strength, ductility, large energy absorption capacity and low costs. Externally stiffened CFST beam-columns are not used widely due to insufficient design equations that consider all parameters affecting their behavior. Therefore, effect of various parameters (global, local slenderness ratio and adding hoop stiffeners) on the behavior of CFST columns is studied. An experimental study that includes twenty seven specimens is conducted to determine the effect of those parameters. Load capacities, vertical deflections, vertical strains and horizontal strains are all recorded for every specimen. Ratio between outer diameter (D) of pipes and thickness (t) is chosen to avoid local buckling according to different limits set by codes for the maximum D/t ratio. The study includes two loading methods on composite sections: steel only and steel with concrete. The case of loading on steel only, occurs in the connection zone, while the other load case occurs in steel beam connecting externally with the steel column wall. Two failure mechanisms of CFST columns are observed: yielding and global buckling. At early loading stages, steel wall in composite specimens dilated more than concrete so no full bond was achieved which weakened strength and stiffness of specimens. Adding stiffeners to the specimens increases the ultimate load by up to 25% due to redistribution of stresses between stiffener and steel column wall. Finally, design equations previously prepared are verified and found to be only applicable for medium and long columns.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.4
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pp.365-373
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2008
Fiber Reinforced Polymer, FRP has a light weight, a high tensile strength based on design, non-electronic, non-magnetic, and rust-resistant feature, etc and many researches are being conducted recently on FRP in the construction area. Among them, GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) is excellent in price competitiveness and is widely being used. However, since GFRP has a relative low modulus of elasticity and causes excessive deflection, the section must be large to be used as a structural component and an investigative review must be carried out in design to set the limit for deflection by the use load. Therefore, in order to solve the mentioned technical problems, this study suggested a section of a module form such that application of a large-scale section is possible. Also, to secure the low rigidity of FRP, this study developed a new FRP+ concrete composite girder form that confined the concrete. To identify the structural movement of the developed FRP+ concrete composite girder, shear strength test was carried out.
This paper aims to investigate the impact of interfacial debonding on modal dynamic properties such as frequencies and vibration mode shapes. Furthermore, it seeks to identify the specific locations of debonding in rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) columns during the subsequent stage of the study. In this study, debonding is defined as a reduction in the elasticity modulus of concrete by a depth of 3 mm at the connection point with the steel tube. Debonding leads to a lack of correlation between primary and secondary shapes of vibration modes and causes a reduction in the natural frequency in all modes. However, directly comparing changes in vibration responses does not allow for the identification of debonding locations. In this study, a novel irregularity detection index (IDI) is proposed based on modal signal processing via the 2D wavelet transform. The suggested index effectively reveals relative irregularity peaks in the form of elevations at the debonding locations. As the severity of damage increases at a specific debonding location, the relative irregularity peaks would increase only at that specific point; in other words, the detection or non-detection of a debonding location using IDI has minimal effects on the identification of other debonding locations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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