Md. Akter, Hosen; Mohd Zamin, Jumaat;A.B.M. Saiful, Islam;Khalid Ahmed, Al Kaaf;Mahaad Issa, Shammas;Ibrahim Y., Hakeem;Mohammad Momeen, Ul Islam
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.2
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pp.179-195
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2023
The performance of reinforced concrete (RC) beam specimens strengthened using a newly proposed Side Near Surface Mounted (S-NSM) technology was investigated experimentally in this work. In addition, analytical and nonlinear finite element (FE) modeling was exploited to forecast the performance of RC members reinforced with S-NSM utilizing steel bars. Five (one control and four strengthened) RC beams were evaluated for flexural performance under static loading conditions employing four-point bending loads. Experimental variables comprise different S-NSM reinforcement ratios. The constitutive models were applied for simulating the non-linear material characteristics of used concrete, major, and strengthening reinforcements. The failure load and mode, yield and ultimate strengths, deflection, strain, cracking behavior as well as ductility of the beams were evaluated and discussed. To cope with the flexural behavior of the tested beams, a 3D non-linear FE model was simulated. In parametric investigations, the influence of S-NSM reinforcement, the efficacy of the S-NSM procedure, and the structural response ductility are examined. The experimental, numerical, and analytical outcomes show good agreement. The results revealed a significant increase in yield and ultimate strengths as well as improved failure modes.
Jae-Min Kim;Sang-Hoon Lee;Jae Hyun Kim;Kang Su Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.5
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pp.105-112
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2023
Steel fiber reinforced concrete (SFRC) exhibits enhanced strength and superior energy dissipation capacity compared to normal concrete, and it can also reduce crack propagation and fragmentation of concrete even when subjected to blast loads. In this study, the parameters defining failure surface and damage function of the K&C concrete nonlinear model were proposed to be applied for the properties of SFRC in LS-DYNA. Single element analysis has been conducted to validate the proposed parameters in the K&C model, which provided very close simulations on the compressive behavior of SFRC. In addition, blast analysis was performed on SFRC columns with different volume fractions of steel fibers, and the blast resistance of SFRC columns was quantitatively analyzed with Korea Occupational Safety & Health Agency (KOSHA) guidelines.
Yousry B.I. Shaheen;Ghada M. Hekal;Ayman M. Elshaboury;Ashraf M. Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.371-390
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2024
Investigating the impact of openings on the structural behavior of ferrocement I-beams with two distinct types of reinforcing metallic and non-metallic meshes is the primary goal of the current study. Up until failure, eight 250x200x2200 mm reinforced concrete I-beams were tested under flexural loadings. Depending on the kind of meshes used for reinforcement, the beams are split into two series. A control I-beam with no openings and three beams with one, two, and three openings, respectively, are found in each series. The two series are reinforced with three layers of welded steel meshes and two layers of tensar meshes, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. Structural parameters of investigated beams, including first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were reported. The number of mesh layers, the volume fraction of reinforcement, and the kind of reinforcing materials are the primary factors that vary. This article presents the outcomes of a study that examined the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete I-beams with and without openings reinforced with welded steel mesh and tensar mesh separately. Utilizing ANSYS-16.0 software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was applied to illustrate how composite RC I-beams with openings behaved. In addition, a parametric study is conducted to explore the variables that can most significantly impact the mechanical behavior of the proposed model, such as the number of openings. The FE simulations produced an acceptable degree of experimental value estimation, as demonstrated by the obtained experimental and numerical results. It is also noteworthy to demonstrate that the strength gained by specimens without openings reinforced with tensar meshes was, on average, 22% less than that of specimens reinforced with welded steel meshes. For specimens with openings, this value is become on average 10%.
Merve Sagiroglu Maali;Mahyar Maali;Zhiyuan Fang;Krishanu Roy
Steel and Composite Structures
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v.50
no.5
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pp.515-529
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2024
Cold-formed steel (CFS) is a popular choice for construction due to its low cost, durability, sustainability, resistance to high environmental and seismic pressures, and ease of installation. The beam-column connections in residential and medium-rise structures are formed using self-drilling screws that connect two CFS channel sections and a gusset plate. In order to increase the moment capacity of these CFS screwed beam-column connections, stiffeners are often placed on the web area of each single channel. However, there is limited literature on studying the effects of stiffeners on the moment capacity of CFS screwed beam-column connections. Hence, this paper proposes a new test approach for determining the moment capacity of CFS screwed beam-column couplings. This study describes an experimental test programme consisting of eight novel experimental tests. The effect of stiffeners, beam thickness, and gusset plate thickness on the structural behaviour of CFS screwed beam-column connections is investigated. Besides, nonlinear elasto-plastic finite element (FE) models were developed and validated against experimental test data. It found that there was reasonable agreement in terms of moment capacity and failure mode prediction. From the experimental and numerical investigation, it found that the increase in gusset plate or beam thickness and the use of stiffeners have no significant effect on the structural behaviour, moment capacity, or rotational capacity of joints exhibiting the same collapse behaviour; however, the capacity or energy absorption capacities have increased in joints whose failure behaviour varies with increasing thickness or using stiffeners. Besides, the thickness change has little impact on the initial stiffness.
Recently, application of composite materials such as fiber reinforced concretes(FRCs) and fiber reinforced plastics(FRPs) in conjunction with conventional structural components has become one of the main research areas. A proper use of advanced composite materials requires understanding their resistance mechanism and failure mode when they are applied to structures or their components. Particular considerations are given in this research to develop an analytical model which can predict the nonlinear flexural responses of bonded and unbonded prestressed concrete beams possibly having layers of different cementitious composite matrices in a section and/or FRP tendons. The block concept is used, which can be regarded as an intermediate modeling method between the couple method with one block and the layered method with multiply sliced layers in a section. In order to find a particular deflection point of a beam under load, solutions to the 2N-variables are found numerically by using approximate N-force equilibrium equations and N-moment equilibirum equations. The model is shown to successfully predict the flexual behavior of variously reinforced bonded and unbonded prestressed concrete beams. The model is also successful in simulating a gradually increasing load after sudden drop inload resistance due to fracture of one or more FRP tendons. This feature is useful in tracing the overall load-deflection response of a beam prestressed with brittle FRP tendons.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.1
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pp.91-99
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2017
The purpose of this paper is to evaluate the flexural performance of reinforced concrete (RC) beams repaired with polymer mortar. The repaired and non-repaired 13th beams which was fabricated by considering repair position, repair depth, and curing age of polymer mortar as test variables were tested under three point loading. All specimens repaired in compressive and tensile zone did not fail due to interfacial failure between polymer mortar and concrete but failed when the strain of repaired mortar exceeded the ultimate tensile strain of polymer mortar. Maximum load of specimens repaired in compressive zone was similar to that of non-repaired specimen, reference specimen. Additionally, their ductility index was higher than that of reference specimen. On the other hand, specimens repaired in tensile zone failed very brittlely and have a lower ductility index than reference specimen. Nonlinear analysis by using OpenSees was performed to predict the behavior of RC beam repaired with polymer mortar. Two dimension frame element was used to simplify an analysis model and fiber model was applied to consider the material non-linearity. It was confirmed from the analysis results that nonlinear analysis properly predicts the behavior of specimens repaired in compressive zone and overestimates the behavior of specimens repaired in tensile zone.
Nonlinear soil behavior before failure under dynamic loading is often implemented in a numerical analysis code by a mathematical fitting function model with Masing's rule. However, the model may show different behavior with an experimental results obtained from laboratory test in damping ratio corresponding secant shear modulus for a certain shear strain rage. The difference may come from an unique soil characteristics which is unable to implement by using the existing mathematical fitting model. As of now, several fitting models have been suggested to overcome the difference between model and real soil behavior but consequence of the difference in dynamic analysis is not reviewed yet. In this paper, the effect of the difference on site response was examined through nonlinear response history analysis. The analysis was verified and calibrated with well defined dynamic geotechnical centrifuge test. Site response analyses were performed with three mathematical fitting function models and compared with the centrifuge test results in prototype scale. The errors on peak ground acceleration between analysis and experiment getting increased as increasing the intensity of the input motion. In practical point of view, the analysis results of accuracy with the fitting model is not significant in low to mid input motion intensity.
The generalized Hoek-Brown (H-B) function provides a unique failure condition for a jointed rock mass, in which the strength parameters of rock mass are deduced from the intact values by use of the GSI value. Since it is actually the only failure criterion which accounts for the rock mass conditions in a systematic manner, the generalized H-B criterion finds many applications to the various rock engineering projects. Its nonlinear character, however, limits more active usage of this criterion. Accordingly, many attempts have been made to understand the generalized H-B condition in the framework of the M-C function. This study presents the closed-form expression relating the tangential cohesion to the tangential friction angle, which is derived by the non-dimensional stress transformation of the generalized H-B criterion. By use of the derived equation, it is investigated how the relationship between the tangential cohesion and friction angle of the generalized H-B criterion varies with the quality of rock masses. When only the variation of GSI value is considered, it is found that the tangential friction angle decreases with the increase of GSI, while the tangential cohesion increases with GSI value.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.1
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pp.8-15
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2018
New methodology for probabilistic reliability based grid expansion planning of HVDC in power system including Wind Turbine Generators(WTG) is developed in this paper. This problem is focused on scenario based optimal selection technique to decide best connection bus of new transmission lines of HVDC in view point of adequacy reliability in power system including WTG. This requires two kinds of modeling and simulation for reliability evaluation. One is how is reliability evaluation model and simulation of WTG. Another is to develop a failure model of HVDC. First, reliability evaluation of power system including WTG needs multi-state simulation methodology because of intermittent characteristics of wind speed and nonlinear generation curve of WTG. Reliability methodology of power system including WTG has already been developed with considering multi-state simulation over the years in the world. The multi-state model already developed by authors is used for WTG reliability simulation in this study. Second, the power system including HVDC includes AC/DC converter and DC/AC inverter substation. The substation is composed of a lot of thyristor devices, in which devices have possibility of failure occurrence in potential. Failure model of AC/DC converter and DC/AC inverter substation in order to simulate HVDC reliability is newly proposed in this paper. Furthermore, this problem should be formulated in hierarchical level II(HLII) reliability evaluation because of best bus choice problem for connecting new HVDC and transmission lines consideration. HLII reliability simulation technique is not simple but difficult and complex. CmRel program, which is adequacy reliability evaluation program developed by authors, is extended and developed for this study. Using proposed method, new HVDC connected bus point is able to be decided at best reliability level successfully. Methodology proposed in this paper is applied to small sized model power system.
The purpose of this study is to provide analytical method to reasonably evaluate the complicated failure behaviors of shear friction of reinforced concrete shear wall specimens using grade 500 MPa high-strength bars. A total of 16 test specimens with a variety of variables such as aspect ratio, friction coefficient of interface in construction joint, reinforcement details, reinforcement ratio in each direction, material properties were selected and the analysis was performed by using a non-linear finite element analysis program (RCAHEST) applying the modified shear friction constitutive equation in interface based on the concrete design code (KCI, 2012) and CEB-FIP Model code 2010. The mean and coefficient of variation for maximum load from the experiment and analysis results was predicted 1.04 and 17% respectively and properly evaluated failure mode and overall behavior characteristic until failure occur. Based on the results, the analysis program that was applied modified shear friction constitutive equation is judged as having a relatively high reliability for the analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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