Seo, Soo-Yeon;Kim, Jeong-Sik;Choi, Yun-Chul;Lee, Li-Hyung
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.3
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pp.213-220
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2005
Recently, a concern to verify the displacement capacity of shear wall has been arised to produce suitable data for the performance based design. In this paper, a process is presented to evaluate the displacement capacity of shear wall. The displacement of shear wall is expressed as the superposition of shear and flexural deformation. Variable crack angle truss model with a modification and sectional analysis method are used in calculating shear and flexural displacement, respectively. In addition, the effect of axial force and the contribution of vertical and horizontal reinforcements in wall are considered in the analysis. The accuracy of proposed method is evaluated by the comparison calculation results with previous test results. From the comparison, it was shown that the hysteretic behavior of shear wall could be well predicted by using the process. In the case with flange wall, however, the method overestimates the contribution of flange wall for strength and stiffness and underestimates for displacement capacity.
By presetting various reinforcement diameters in topology optimization with the discrete model finite element analysis, an algorithm of bidirectional evolutionary structural optimization of multi-level reinforcement diameter is presented to obtain the optimal reinforcement topologies which describe the degree of stress of different parts. The results of a comparative study on different reinforcement feasible domain demonstrate that the more angle types of reinforcement are arranged in the initial domain, the higher utilization rate of reinforcement of the optimal topology becomes. According to the nonlinear finite element analysis of some deep beam examples, the ones designed with the optimization results have a certain advantage in ultimate bearing capacity, although their failure modes are greatly affected by the reinforcement feasible domain. Furthermore, the bearing capacity can be improved when constructional reinforcements are added in the subsequent design. However the adding would change the relative magnitude of the bearing capacity between the normal and inclined section, or the relative magnitude between the flexural and shear capacity within the inclined section, which affects the failure modes of components. Meanwhile, the adding would reduce the deformation capacity of the components as well. It is suggested that the inclined reinforcement and the constructional reinforcement should be added properly to ensure a desired ductile failure mode for components.
This paper reports on finite element analysis techniques that may be applied to the study of circular hollow structural sections and related bearing connection geometries. Specifically, a connection detail involving curved steel saddle bearings and a Structural Tee (ST) connected directly to a large-diameter Hollow Structural Section (HSS) truss chord, near its open end, is considered. The modeling is carried out using experimentally verified techniques. It is determined that the primary mechanism of failure involves a flexural collapse of the HSS chord through plastification of the chord wall into a well-defined yield line mechanism; a limit state for which a shell-based finite element model is well-suited to capture. It is also found that classical metal plasticity material models may be somewhat limited in their applicability to steels in fabricated tubular members.
Han Min Ki;Park Wan Shin;Kim Hyo-Jin;Choi Gi-Bong;Choi Chang Sik;Yun Hyun Do
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.429-432
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2004
This paper discussed finite element method(FEM) models of the reinforced concrete rectangular shear walls with opening configuration and analysed under constant axial and monotonic lateral load using ABAQUS. The research comprises constitutive models to represent behavior of the materials that compose a wall on the basis of experimental data, development of techniques that are appropriate for analysis of reinforced concrete structures, verification, and calibration of the global model for reinforced concrete shear walls of increasing complexity. Results from the analyses of these FEM models offers significant insight into the flexural behavior of benchmark data.
In the present study, the finite strip analysis of a box girder to simulate a ship's hull model is carried out to investigate its inelastic post-buckling behavior and to predict its ultimate flexural strength. Residual stresses and initial geometrical imperfections are both considered in the combined material and geometrical nonlinear analysis. The von-Mises yield criterion and the Prandtl-Reuss flow theory of plasticity are applied in modeling the elasto-plastic behavior of material. The Newton-Raphson iterative process is also employed in the analysis to achieve convergence. The numerical results agree well with the experimental data. The effects of some material and geometrical parameters on the ultimate strength of the structure are also investigated.
In recent times, there has been a growing need to retrofit and strengthen reinforced concrete (RC) structures that have been damaged. Numerous studies have explored various methods for strengthening RC beams. However, there is a significant dearth of research investigating the utilization of ultra-high-performance concrete (UHPC) for retrofitting damaged RC beams within a concrete frame. This study aims to develop a finite element (FE) model capable of accurately simulating the nonlinear behavior of RC beams and subsequently implementing it in an RC concrete frame. The RC frame is subjected to loading until failure at two distinct degrees, followed by retrofitting and strengthening using Ultra high performance shotcrete (UHPS) through two different methods. The results indicate the successful simulation of the load-displacement curve and crack patterns by the FE model, aligning well with experimental observations. Novel techniques for reinforcing deteriorated concrete frame structures through ABAQUS are introduced. The second strengthening method notably improves both the load-carrying capacity and initial stiffness of the load-displacement curve. By incorporating embedded rebars in the frame's columns, the beam's load-carrying capacity is enhanced by up to 31% compared to cases without embedding. These findings indicate the potential for improving the design of strengthening methods for damaged RC beams and utilizing the FE model to predict the strengthening capacity of UHPS for damaged concrete structures.
The objective of this study is to develop polymer-impregnated concrete(PIC), which is a newly developed composite material made by impregnating polymer impregnanls into hardened normal concrete, and to develop analytical techniques for its proper applications. Crystalline methyl methacrylate(MMA) is chosen as a monomer of polymer impregnants. The corrlpositions of polymer impregnants and producing processes are developed by analyzing the effects of penetration, polymerization, thermal safety, and strengthening characteristics. On t he basis of experimental results of this study, various strength characteristics and stress strain constitutive relations are formulated in terms of the compressive strength of normal concrete and the polymer loadings, which can be applied for analysis and design of PIC members. In order to provide a model for fracture analysis of flexural members, fracture toughness, fracture energy, critical crack width, and tension softening relations near crack tip are also formulated in terms of member depth, initial notch depth, and the flexural strength of normal concrete. The structural analysis procedure and the finite element computer program developed in the study are applicable to evaluate elastic behavior, ultimate strength, and tension softening behavior of MMA type PIC structural members subject to various loading conditions. The accuracy and effectiveness of the developed computer program is examined by comparing the anal ytical results with the experimental results. Therefore, it is concluded that the developed structural analysis procedure and the finite element computer program are applicable to analysis and design of in-situ and precast PIC structural members.
Due to the scarcity of extortionate experimental data, fatigue failure of the reinforced concrete (RC) element might be achieved economically adopting nonlinear finite element (FE) analysis as an alternative approach. However, conventional implicit dynamic analysis is expensive, quasi-static method overlooks interaction effects and inertia, direct cyclic analysis computes stabilized responses. Apart from this, explicit dynamic analysis may provide a numerical operating system for factual long-term responses. The study explores the fatigue behavior based on a simplified explicit dynamic solution employing nonlinear time domain analysis. Among fourteen RC beams, one beam is selected to validate under static loading, one under fatigue with the experimental study and other twelve to check the detail fatigue behavior. The SWOT (Strength, Weakness, Opportunities, Threats) analysis has been carried out to pinpoint the detail scenario in the adoption of numerical approach as an alternative to the experimental study. Excellent agreement of FE and experimental results is seen. The 3D nonlinear RC beam model at service fatigue limits is truthful to be used as an expedient contrivance to envisage the precise fatigue behavior. The simplified analysis approach for RC beam under fatigue offers savings in computation to predict responses providing acceptable accuracy rather than the complicated laboratory investigation. At higher frequency, the flexural failure occurs a bit earlier gradually compared to the repeated loading case of lower frequency. The deflection increases by 6%-10% at the end of first cycle for beams with increasing frequency of cyclic loading. However, at the end of fatigue loading, greater deflection occur earlier for higher load range because of more rapid stiffness degradation. For higher frequency, a slight boost in concrete compressive strains at an initial stage of loading has been seen indicating somewhat stepper increment. Stiffness degradation in larger loading cycle at same duration escalates the upsurge of the rate of strain in case of higher frequency.
Kim, Sung Hyun;Mo, Sang Yeong;Kim, Si Hyun;Choi, Kyoung Kyu;Kang, Su Min
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.1
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pp.47-57
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2024
Recently, in newly constructed apartment buildings, the exterior wall structures have been characterized by thinness, having various openings, and a significantly low reinforcement ratio. In this study, a nonlinear finite element analysis was performed to investigate the crack damage characteristics of the exterior wall structure. The limited analysis models for a 10-story exterior wall were constructed based on the prototype apartment building, and nonlinear static analysis (push-over analysis) was performed. Based on the finite element (FE) analysis model, the parametric study was conducted to investigate the effects of various design parameters on the strength and crack width of the exterior walls. As the parameters, the vertical reinforcement ratio and horizontal reinforcement ratio of the wall, as well as the uniformly distributed longitudinal reinforcement ratio and shear reinforcement ratio of the connection beam, were addressed. The analysis results showed that the strength and deformation capacity of the prototype exterior walls were limited by the failure of the connection beam prior to the flexural yielding of the walls. Thus, the increase of wall reinforcement limitedly affected the failure modes, peak strengths, and crack damages. On the other hand, when the reinforcement ratio of the connection beams was increased, the peak strength was increased due to the increase in the load-carrying capacity of the connection beams. Further, the crack damage index decreased as the reinforcement ratio of the connection beam increased. In particular, it was more effective to increase the uniformly distributed longitudinal reinforcement ratio in the connection beams to decrease the crack damage of the coupling beams, regardless of the type of the prototype exterior walls.
This paper presents a nonlinear finite element analysis (FEA) in order to investigate the flexural performance of one-way slabs strengthened by epoxy-bonded steel plates. Four point loading scheme is selectively chosen. A model is developed to implement the material constitutive relationships and non-linearity. Five Slabs were modeled in FEM software using ABAQUS. One slab was unstrengthened control slab and the others were strengthened with steel plates with varying the plate thickness and configuration. In order to verify the accuracy of the numerical model, a comparison was done between the experimental results available in the literature and the proposed equations by ACI 318-11 for the calculation of ultimate load capacities of strengthened slabs, the agreement has proven to be good and FEA attained accurate results compared with ACI code. A parametric study was also carried out to investigate the influence of thickness of steel plate, strength of epoxy layer and type of strengthening plate on the performance of plated slabs. Also, the practical and technical feasibility of splitting the steel plate in strengthening process has been taken into account. For practical use, the author recommended to use bonded steel plate as one unit rather than splitting it to parts, because this saves more effort and reduces the risk of execution errors as in the case of multiple bonded parts. Both techniques have nearly the same effect upon the performance of strengthened slabs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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