Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.3
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pp.199-209
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2009
This paper deals with the three-dimensional finite element analysis of failure behavior of UHPFRC I-beam under monotonic load. Different from the constitutive law of normal and high strength concrete, an elastic-plastic fracture model that considers the tensile strain hardening is proposed to describe the material properties of UHPFRC. A multi-directional fixed crack criterion with tensile strain hardening is defined in the tensile region, and Drucker-Prager criterion with an associated flow rule is adopted in the compressive region. The influence of span, prestressing force and section on the behavior of UHPFRC I-beam are investigated. The comparison of the numerical results with the test results indicates a good agreement.
Developed from conventional concrete filled steel tubular (CFST) members, concrete-encased CFST has attracted growing attention in building and bridge practices. In actual construction, the inner CFST is erected prior to the casting of the outer reinforced concrete part to support the construction preload, after which the whole composite member is under sustained service load. The complex loading sequence leads to highly nonlinear material interaction and consequently complicated structural performance. This paper studies the full-range behaviour of concrete-encased CFST columns with initial preload on inner CFST followed by sustained service load over the whole composite section. Validated against the reported data obtained from specifically designed tests, a finite element analysis model is developed to investigate the detailed structural behaviour in terms of ultimate strength, load distribution, material interaction and strain development. Parametric analysis is then carried out to evaluate the impact of significant factors on the structural behaviour of the composite columns. Finally, a simplified design method for estimating the sectional capacity of concrete-encased CFST is proposed, with the combined influences of construction preload and sustained service load being taken into account. The feasibility of the developed method is validated against both the test data and the simulation results.
In the present study, the elasto-plastic analysis of prismatic plate structures subjected to pure bending is carried out using the finite strip method. The end cross-sections of the structure are assumed to remain plane during deformation, and the compatibility along corner lines is ensured by choosing proper displacement functions. The effects of both the initial geometrical imperfections and residual stresses due to fabrication are included in the combined geometrically and materially nonlinear simulation. The von-Mises yield criterion and the Prandtl-Reuss flow theory of plasticity are applied in modelling the elasto-plastic behavior of material. Newton-Raphson iterations are carried out as the rotation of the end cross sections of the structure is increased step by step. The parameter representing the overall axial strain of structure is adjusted constantly during the iteration process in order to eliminate the resulting overall axial force on any cross-section of the structure in correspondence with the assumption of zero axial force in pure bending. Several numerical examples are presented to validate the present method and to investigate the effects of some material and geometrical parameters.
It is necessary to better understand the effect of age-related degradation on the performance of reinforced concrete shear walls in nuclear power plants in order to ensure their structural safety in the event of earthquakes. Therefore, this paper studies seismic fragility of the typical shear wall in nuclear power plants under earthquake excitation Reinforced concrete shear wall is composed of wall, horizontal and vertical flanges. Due to characteristics of its geometry, it is difficult to predict the ultimate behavior of shear wall under earthquake excitation. In this study, for more realistic numerical simulation, the Latin Hyper-Cube (LHC) simulation technique was used to generate uncertain variables for the material properties of concrete shear walls. The effects of crack, characteristics of inelastic behavior of concrete, and loss of cross section were considered in the nonlinear finite element analysis. The effects of aging-related deterioration were investigated on the performance of reinforced concrete shear walls through analysis of undegraded concrete shear walls and degraded concrete shear walls. The resulting seismic fragility curves present the change of performance of concrete shear wall due to age-related degradation.
The ultimate bending strength and flexural ductility performance of longitudinally stiffened plate girders fabricated with mild steel were investigated utilizing nonlinear incremental finite element analysis. AASHTO LRFD (2002) design specifications were reviewed for possible application of longitudinally stiffened plate girders as compact sections. In order to investigate compact section requirements for plate girders with longitudinal stiffeners in webs, a number of full-scale plate girders were modeled and analyzed up to the collapse under pure bending condition. It was found that the slenderness of sub panel of the webs, the stiffness of longitudinal stiffeners, and the slenderness of compression flanges are key parameters governing the flexural ductility of the plate girders. It was also found from finite element analysis that longitudinally stiffened plate girder sections can satisfy compact section requirements both in full plastic moment capacity and flexural ductility requirement. New design equations have been proposed for longitudinally stiffened plate girders to be treated as compact sections.
Prestressed composite girder with concrete infilled steel tubes(PSC-CFT girder) is new type of bridge girder which enhances the resisting capacities due to the double composite action of PSC composite girder and concrete infilled tube. The flexural behaviors of PSC-CFT girder in the positive moment regions are investigated based on the experimental observations recently performed on two of 4.4m long specimens. The mechanical and structural roles and failure mechanism of the composite action are discussed through comparing the test results with those numerically predicted by the three methods of one- and three-dimensional nonlinear finite element analyses, and section analysis method.
Lee, Sang Sup;Park, Keum Sung;Bae, Kyu Woong;Choi, Yoon Chul
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.29
no.5
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pp.331-340
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2017
This study was performed in order to develop of the new modular construction system. For the modular construction method that is currently applied in the country, it is very expensive in terms of material costs and fire resistance because it uses only the steel C-type beam. In order to overcome this, and the practical application of new steel-PC hybrid module construction system. Improvement and development of the cross-section of the structural beam member in order to be carried out first. An experiment was carried out by making three specimens. Experiment result, the composite beam was dominated by the horizontal shear failure. It was evaluated through a nonlinear analysis and experimental & theoretical for the structural performance the composite beam member.
The Taechong Dam completed in 1980 is a composite dam at which a junction was formed partly by butting the core against the end face of the concrete gravity section and partly by the core overlapping the upstream face of the concrete. In order to evaluate the performance of the junction, the interfaces between the concrete dam and core of the embankment dam were well instrumented with total pressure cells and piezometers. A nonlinear incremental finite element analysis simulating its construction behaviour was carried out under plane strain conditions. Material parameters for the core are determined from triaxial tests on the specimens, sampled in the quarry site and compacted to the field dry density at the field moisture content. Material parameters for the filter, transition materials and the rockfill are estimated from literature. When compared with the earth pressures measured at the interfaces, the analytical results show good agreement in the core, however, there are some discrepancy in the shell. A nonlinear model for pore pressure response is used successfully to predict the pore pressures at the interface in the core.
Kim, Dal Sung;Kim, Dong Seong;Kim, Kee Dong;Ko, Man Gi
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.233-242
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2008
This study presents a non-prismatic beam element for modeling the elastic and inelastic behavior of steel beams, which have the post-Northridge(cover plate) connections in steel moment frames that are subjected to earthquake ground motions. The elastic stiffness matrix for non-prismatric members with increased beam section (IBS) connection is in the closed-form. The plasticity model is of a discrete type and is composed of a series of nonlinear hinges connected by rigid links. The hardening rules can model the inelastic behavior for monotonic and random cyclic loading, and the effects of local buckling. Moreover the determination of yield surfaces, stiffness parameters, and hardening (or softening) rule parameters for IBS beam element were described. Analytical results of the IBS beam element show good correlation with test data and FEM results.
Flat-plate building systems are utilized extensively for construction of apartments, hotels and office buildings because of short construction period, low floor-to-floor height and flexibility in plan design. Recently, to increase lateral seismic resistance of flat-plate building systems, wall-columns are used frequently. Therefore, to estimate strength of flat-plate column connection accurately, the effect of column section shape on the behavior of flat-plate column connection should be considered properly, In the present study, a numerical analysis was performed for interior connections of continuous flat-plate to analyze the effect of column section shape. For the purpose, a computer program for nonlinear FE analysis was developed, and the validity was verified. Through the parametric study, the variations of shear stress distribution around the connection were investigated. According to the result of numerical analysis, as the length of the cross section of column in the direction of lateral load increases, the effective area and the maximum shear strength providing the torsional resistance decrease considerably. Therefore, these effects should be considered properly to estimate the strength of flat-plate connection accurately.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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