Experimental and analytical studies were conducted to clarify the influencing mechanisms of the longitudinal reinforcement on performance of axially loaded Reinforced Concrete-Filled Steel Tube (R-CFST) short columns. The longitudinal reinforcement ratio was set as parameter, and 10 R-CFST specimens with five different ratios and three Concrete-Filled Steel Tube (CFST) specimens for comparison were prepared and tested. Based on the test results, the failure modes, load transfer responses, peak load, stiffness, yield to strength ratio, ductility, fracture toughness, composite efficiency and stress state of steel tube were theoretically analyzed. To further examine, analytical investigations were then performed, material model for concrete core was proposed and verified against the test, and thereafter 36 model specimens with four different wall-thickness of steel tube, coupling with nine reinforcement ratios, were simulated. Finally, considering the experimental and analytical results, the prediction equations for ultimate load bearing capacity of R-CFSTs were modified from the equations of CFSTs given in codes, and a new equation which embeds the effect of reinforcement was proposed, and equations were validated against experimental data. The results indicate that longitudinal reinforcement significantly impacts the behavior of R-CFST as steel tube does; the proposed analytical model is effective and reasonable; proper ratios of longitudinal reinforcement enable the R-CFSTs obtain better balance between the performance and the construction cost, and the range for the proper ratios is recommended between 1.0% and 3.0%, regardless of wall-thickness of steel tube; the proposed equation is recommended for more accurate and stable prediction of the strength of R-CFSTs.
Ahmed M. Sheta;Xing Ma;Yan Zhuge;Mohamed A. ElGawady;Julie E. Mills;El-Sayed Abd-Elaal
Steel and Composite Structures
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v.46
no.1
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pp.75-92
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2023
The novel composite cold-formed steel (CFS)/engineered cementitious composites (ECC) beams have been recently presented. The new composite section exhibited superior structural performance as a flexural member, benefiting from the lightweight thin-walled CFS sections with improved buckling and torsional properties due to the restraints provided by thinlayered ECC. This paper investigated the shear performance of the new composite CFS/ECC section. Twenty-eight simply supported beams, with a shear span-to-depth ratio of 1.0, were assembled back-to-back and tested under a 3-point loading scheme. Bare CFS, composite CFS/ECC utilising ECC with Polyethylene fibres (PE-ECC), composite CFS/MOR, and CFS/HSC utilising high-strength mortar (MOR) and high-strength concrete (HSC) as replacements for PE-ECC were compared. Different failure modes were observed in tests: shear buckling modes in bare CFS sections, contact shear buckling modes in composite CFS/MOR and CFS/HSC sections, and shear yielding or block shear rupture in composite CFS/ECC sections. As a result, composite CFS/ECC sections showed up to 96.0% improvement in shear capacities over bare CFS, 28.0% improvement over composite CFS/MOR and 13.0% over composite CFS/HSC sections, although MOR and HSC were with higher compressive strength than PE-ECC. Finally, shear strength prediction formulae are proposed for the new composite sections after considering the contributions from the CFS and ECC components.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.162-171
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2023
In this study, The details for a seismic adapter designed to easily connect concrete structures and reinforcement materials for the in-plane reinforcement of aged structures were proposed. Proposed seismic adapter was tested for performance using a dynamic simulation on a 2-story column-beam structure, scaled to half of the real size. The experimental results showed that the reinforced test specimens using the seismic adapter improved their energy dissipation capacity by 3.5 times compared to the non-reinforced specimens. It was confirmed that the seismic adapter experienced no damage within its general usage range, thus proving its effectiveness. Subsequently, upon loading until the limit of deformation (a deformation angle of 3.3%), it was observed that one of the M10 bolts connecting the adapter and the reinforcement at the lower part of the first floor broke. Considering this finding, when applying seismic retrofitting in real situations, emphasis should be placed on the design of the bolts and anchors connecting the seismic adapter. This aspect warrants further research for validation.
Direct alcohol fuel cells (DAFCs) have gained much attention as promising energy conversion devices due to their ability to utilize alcohol as a fuel source. In this regard, Molybdenum-based electrocatalysts (Mo-ECs) have emerged as a substitution for expensive Pt and Ru-based co-catalyst electrode materials in DAFCs, owing to their unique electrochemical properties useful for alcohol oxidation. The catalytic activity of Mo-ECs displays an increase in alcohol oxidation current density by several folds to 1000-2000 mA mgPt-1, compared to commercial Pt and PtRu catalysts of 10-100 mA mgPt-1. In addition, the methanol oxidation peak and onset potential have been significantly reduced by 100-200 mV and 0.5-0.6 V, respectively. The performance of Mo-ECs in both acidic and alkaline media has shown the potential to significantly reduce the Pt loading. This review aims to provide a comprehensive overview of the bifunctional mechanism involved in the oxidation of alcohols and factors affecting the electrocatalytic oxidation of alcohol, such as synthesis method, structural properties, and catalytic support materials. Furthermore, the challenges and prospects of Mo-ECs for DAFCs anode materials are discussed. This in-depth review serves as valuable insight toward enhancing the performance and efficiency of DAFC by employing Mo-ECs.
The study focuses on evaluating the bending creep performance of laminated veneer lumber (LVL) formwork in timber concrete composite (TCC) structures. Timber-framed construction is highlighted for its environmental benefits and seismic resistance, but limitations such as poor tensile strength and brittle failure in bending hinder its use in high-rise buildings. Wood-concrete hybrid structures, particularly those using reinforced concrete slabs with TCC floors, emerge as a potential solution. The research aims to understand the time-dependent behavior of TCC components, considering factors like wood and concrete shrinkage and connection creep. The experiment was conducted in western Japan on the TCC floor designed for use in the Kama-city Inatsuki-higashi compulsory education school. The LVL formwork, measuring 9,000 mm by 900 mm, and concrete is loaded onto it for testing. The creep test periods are examined using concrete loading. It employs a comprehensive creep analysis, adhering to Japanese standards, involving deflection measurements and regression analysis to estimate the creep coefficient. Results indicate substantial deformation after shoring removal, suggesting potential reinforcement needs. The study recommends extending test periods for improved accuracy and recognizing regional climate impacts. Overall, the research provides valuable insights into the potential of LVL formwork in TCC structures, emphasizing safety considerations and paving the way for further experimentation under varied conditions to validate structural integrity.
Choi, Youn Cheul;Choi, Hyun Ki;Choi, Chang Sik;Lee, Li Hyung
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.3
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pp.77-86
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2007
The more demands on efficient utilization of resources, the more structural engineers prefer to select remodeling to improve old building's capacity. A series of four shear wall specimens were tested under constant axial stress and reversed cyclic lateral loading in order to evaluate the effect of the opening on the lower center of the wall induce by remodeling. Consequently, the existence of opening was verified to induce a different failure, which was caused by reduction of compression strut area formed on the wall to diagonal direction. Especially, the ultimate strength of the wall with an opening was revealed approximately 35% lower than that of the wall without an opening. And the similar results were appeared in characteristics of stiffness and energy dissipation capacity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.4
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pp.425-432
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2024
In this study, we propose a self-restoring friction slit damper by combining the concepts of self-restoring dampers, friction dampers, and steel dampers that are currently used and researched. For this purpose, an innovative damper structure was designed using superelastic shape memory alloy for automatic recovery and combining the concepts of friction damper and slit damper. Afterwards, detailed design was carried out and variables such as material, with of strut, and bolt fastening force were set. Modeling was performed using the ABAQUS program for a total of 12 dampers, and finite element analysis was performed by substituting the designed loading protocol. As a result, the self-recovering friction slit damper using superelastic shape memory alloy was excellent in terms of load, but the energy dissipation ability was not significantly secured due to the excellent recovery performance. However, friction slit dampers made of Gr.50 steel have dramatically improved performance in terms of load and energy dissipation through innovative structural improvements. Through this, the innovative structure of the damper, which combines the mechanisms of a friction damper and a steel damper, was demonstrated.
These days, cement production is increasing due to the growing world population, leading to expanded use of concrete in buildings. Yet, the production of cement significantly increases carbon emissions, putting the future of sustainable development at risk. Geopolymers are under research for their potential to reduce the impact on concrete buildings. In order to tackle this issue, the literature has yet to utilize experiments or numerical modeling to thoroughly investigate the mechanical behavior of columns made of hybrid fiber-reinforced geopolymer concrete (HFRGC) and reinforced with basalt fiber reinforced polymer (BFRP) bars. This research aims to investigate and assess the mechanical performance of steel-reinforced HFRGC columns (SRHC) and BFRP-reinforced HFRGC columns (GRHC) in concentric and eccentric loading conditions through experimental testing and finite element analysis (FEA). HFRGC specimens were prepared using steel and polypropylene fibers. Twelve circular columns, six GRHC, and six SRHC specimens, were constructed with a diameter of 300 mm and a height of 1200 mm. The average axial strength (AS) of GRHC columns was found to be 92.13% of that of SRHC columns, according to the study. Under eccentric stress circumstances, both kinds of specimens showed comparable losses in AS; for example, GRHC specimens with 38 mm spiral spacing showed reductions of 39.01% and 43.12%. Good performance was shown by the suggested analytical relationships that were drawn from the experimental data. The AS of GRHC columns may be predicted using the newly established analytical and FEA models, which are well supported by this comparative analysis that takes into account the wrapping impact of lateral BFRP spirals and the axial participation of primary BFRP bars.
In this study, we have conducted a fire resistance experiment under loading condition on standard fire to evaluate the fire resistance performance according to applying reinforcement of methods for reinforcing the lateral confinement of reinforced bars (Wire Rope) and fire resistance reinforcement (Fiber-Cocktail) for 100 MPa high strength concrete column. In the result of the experiment, in case of the test objects applied by hoop, it has been shown as not possible to be applied as the fire resistance structure after satisfying the fire resistance performance for 43 minutes. In case of applying the wire rope as lateral confinement of reinforced bar, instead of hoop in identical volume ratio, it has been shown as possible to apply it to the buildings with under 4 floors after satisfying the fire resistance performance fro 69 minutes with any separate fire resistance process. Also, in case of applying with mixing wire rope method, instead of hoop, and Fiber-Cocktail mix method to prevent spall, it has been shown as possible to apply to the buildings with over 12 floors after satisfying the fire resistance performance for 180 minutes.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.6
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pp.440-447
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2020
Masonry structures are used as bearing walls in small buildings, but they are generally considered non-bearing walls. They are used as partition walls that divide the interior spaces of the frame structures of buildings. In addition, wetting techniques that use mortar as an adhesive between blocks or bricks in construction are vulnerable to climatic conditions, especially cracks in mortar, which can cause conduction collapse of the walls in seismic loading. The purpose of this research was to propose a dry concrete block construction method that complements the weak axial shear stiffness and improves the weakness of the wet construction method as well as to investigate its structural behavior. In this study, the material properties of concrete blocks were examined, and the seismic performance of the proposed dry assembly structure was verified by structural behavior tests on horizontal cyclic loads. First, in these study results, concrete blocks can be applied to the dry block construction method instead of wet construction methods because they secure more than C-type blocks in KS regulations. Second, the structural performance of the wall against a horizontal cyclic load indicates that the resisting force of the assembly block wall is increased by increasing the horizontal length of the wall, forming several diagonal cracks. Finally, the proposed dry block wall structure requires a seismic performance assessment considering that the ratio of the shape of the wall by height and length is considered a major influence variable on the structural behavior under a horizontal load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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