Zakaria Belabed;Abdeldjebbar Tounsi;Abdelmoumen Anis Bousahla;Abdelouahed Tounsi;Khaled Mohamed Khedher;Mohamed Abdelaziz Salem
Computers and Concrete
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v.34
no.4
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pp.447-476
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2024
The current research proposes an innovative finite element model established within the context of higher-order beam theory to examine the bending and buckling behaviors of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) beams resting on Winkler-Pasternak elastic foundations. This two-node beam element includes four degrees of freedom per node and achieves inter-element continuity with both C1 and C0 continuities for kinematic variables. The isoparametric coordinate system is implemented to generate the elementary stiffness and geometric matrices as a way to enhance the existing model formulation. The weak variational equilibrium equations are derived from the principle of virtual work. The mechanical properties of FG-CNTRC beams are considered to vary gradually and smoothly over the beam thickness. The current investigation highlights the influence of porosity dispersions through the beam cross-section, which is frequently omitted in previous studies. For this reason, this analysis offers an enhanced comprehension of the mechanical behavior of FG-CNTRC beams under various boundary conditions. Through the comparison of the current results with those published previously, the proposed finite element model demonstrates a high rate of efficiency and accuracy. The estimated results not only refine the precision in the mechanical analysis of FG-CNTRC beams but also offer a comprehensive conceptual model for analyzing the performance of porous composite structures. Moreover, the current results are crucial in various sectors that depend on structural integrity in specific environments.
Zhen Zhu;Haitao Song;Mingchi Fan;Hao Yu;Chenglong Wu;Chunying Zheng;Haiyang Duan;Lei Wang
Steel and Composite Structures
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v.52
no.4
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pp.405-418
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2024
To study the influence of different reduced beam section (RBS) on the mechanical performance of modular boltedwelded hybrid connection joints (MHCJs), this article uses ABAQUS to establish and verify the finite element model (FEM) of the test specimens on the basis of quasi-static test research. Based on, 14 joint models featuring different RBS are devised to evaluate their influence on seismic behavior, such as joint failure mode, bending moment (M)-rotation angle (θ) curve, ductility, and energy consumption. The results indicate that when the flange and web are individually weakened, they alleviate to some extent the concentrated stress of the core module (CM) and column end steel skeleton in the joint core area, but both increase the stress on the flange connecting plate (FCP). At the same time, the impact of both on seismic performance such as bearing capacity, stiffness, and energy consumption is relatively small. When simultaneously weakening the flange and web of the steel beam, forming plastic hinges at the weakened position of the beam end, significantly alleviated the stress concentration of the CM and the damage at the FCP, improving the overall deformation and energy consumption capacity of joints. But as the weakening size of the web increases, the overall bearing capacity of the joint shows a decreasing trend.
Corner block with anchor bolt(CBA) joint method used in knock-down type table furniture manufacturing can reduce the packing and transporting cost. Unfortunately. it also has the disastrous defect to be loosend and unstable during the service life mainly due to fatigue and creep(repeated and prolonged loading). So 22 joint groups constructed were tested to evaluate the effect of some design factors related to the size of side rail(apron). block attachment to side rail. and the number of anchor bolt as well as the effect of the type of corner block(mitered type vs. rectangular type) Usable strength from the stiffness coefficients of each joint group were analysed with SPSS /PC+ and described as the criteria of CBA joint construction. The conclusions were as follows: The height of side rail(50, 75 and 100 mm) and the addition of polyvinyl acetate(PVAc) emulsion in the corner block attactment to side rail had the effect on raising the usable strength of CBA joint with remarkable high significance. And the effect of 2 - anchor bolts was also superior to that of 1 - bolt significantly. However. the thickness of side rail(22 mm vs. 25 mm) had no effect on the strengthening the table joint rigidity. Mitered type corner block joint appeared to he recommendable for CBA jointed table construction rather than the rectangular type one regardless of the method of block attachment to side rail. The best result identified from Duncan's multiple comparison was in the construction with 25 mm thick and 100 mm height of side rail fastened using 2 - anchor bolts in mitered type corner block. But it would be reasonable to use 22 mm thick & 75 mm high side rail and mitered corner block with PVAc emulsion & 2 bolts considering the productivity and production cost down in the MDF furniture manufacturing industries.
Kim, Sung Jae;Kim, Sung Bae;Uhm, Ki Ha;Kim, Jang Ho Jay
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.6
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pp.1731-1741
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2014
Recently, many overpasses, highway, and advanced transit systems have been constructed to distribute the traffic congestion, thus small size of curved bridges with small curvature such as ramp structures have been increasing. Many of early curved bridges had been constructed by using straight beams with curved slabs, but curved steel beams have replaced them due to the cost, aesthetic and the advantage in building the section form and manipulating the curvature of beams, thereby large portion of curved bridges were applied with steel box girders. However, steel box girder bridges needs comparatively high initial costs and continuous maintenance such as repainting, which is the one of the reason for increasing the cost. Moreover, I-type steel plate girder which is being studied by many researchers recently, seem to have problems in stability due to the low torsional stiffness, resulting from the section characteristics with thin plate used for web and open section forms. Therefore, in recent studies, researchers have proposed curved precast PSC girders with low cost and could secured safety which could replace the curved steel girder type bridges. Hence, this study developed a Smart Mold system to manufacture efficient curved precast PSC girders. And by using this mold system a 40 m 2-girder bridge was constructed for a static flexural test, to evaluate the safety and performance under ultimate load. At the manufacturing stage, each single girder showed problems in the stability due to the torsional moment, but after the girders were connected by cross beams and decks, the bridge successfully distributed the stress, thereby the stability was confirmed. The static loading test results show that the initial crack was observed at 1,400 kN when the design load was 450 kN, and the load at the allowable deflection by code was 1,800 kN, which shows that the safety and usability of the curved precast PSC bridge manufactured by Smart Mold system is secured.
In this study, new moment-resisting precast concrete beam-column joint made up of hybrid steel concrete was developed and tested. This beam-column joint is proposed for use in moderate seismic regions. It has square hollow tubular section in concrete column and connecting plate in precast U-beam. The steel elements in column and beam members were connected using bolt. Furthermore, in order to prevent the premature failure of concrete in hybrid steel-concrete connection, ECC(engineered cementitious composite) was used. An experimental study was carried out investigating the joint behavior subjected to reversed cyclic loading and constant axial compressive load. Two precast beam-column joint specimens and monolithic reinforced concrete joint specimen were tested. The variables for interior joints were cast-in-situ concrete area and transverse reinforcement within the joint. Tests were carried out under displacement controlled reverse cyclic load with a constant axial load. Joint performance is evaluated on the basis of connection strength, stiffness, energy dissipation, and displacement capacity. The test results showed that significant differences in structural behavior between the two types of connection because of different bonding characteristics between steel and concrete; steel and ECC. The proposed joint detail can induce to move the plastic hinge out of the ECC and steel plate. And proposed precast connection showed better performance than the monolithic connection by providing sufficient moment-resisting behavior suitable for applications in moderate seismic regions.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.2
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pp.138-145
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2018
This paper studies the bending behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) beams focused on the effect of variation in major material design parameters such as tensile strength, elastic modulus of UHPFRC, and rebar ratio. Analytical results show that the variation in the range of ${\pm}20%$ in the tensile strength of UHPFRC causes the significant difference in ${\pm}8{\sim}9%$ of bending strength compared to the reference condition. The variation of elastic modulus in UHPFRC rarely causes the effect on the bending strength of the UHPFRC section, whereas causes the difference in the slopes of moment-curvature curves, indicating different bending stiffness of UHPFRC sections. For the rebar with yield strength of 400MPa, the bending strength of SC120f is increased by 30, 67, and 99% when the rebar ratio is 1.0, 1.5, and 20%, respectively, compared to the rebar ratio of 0.5%. Therefore, it is observed that the variation of rebar ratio significantly affects the difference in bending strength of UHPFRC beams. However, as the compressive strength of UHPFRC becomes greater, the effect of rebar ratio on the increase of bending strength is decreased.
Track system and periodic live load are characteristics of railway bridges. In the design and construction of railway bridge, periodic live load increases the importance of dynamic behavior. And It is well known that behavior of railway bridge may be affected by track system in real bridge. Through experimental study, static and dynamic behaviors were investigated. Deflection and stress due to bending moment were measured, the location of neutral axis of each section, natural frequency, damping ratio were analyzed for each three track systems - girder only, installed ballast track system and installed concrete slab track system. According to measured values for the each type of track system, concrete track system increases the stiffness of bridge by 50%, and ballast system does by 7%, dynamic responses of structure change linearly with the magnitude of load and location of neutral axis of each sections varies with each track system. Damping ratio is almost equal without and with track. Therefore, the effects of track system on the integral behaviors of railway bridge can not be ignored in the design of bridge, especially in the case of concrete slab track system. So study of the quantitative analysis method for effects of track system must be performed.
Park, K.Y.;Nam, Y.S.;Choi, Y.H.;Kim, Y.H.;Choi, S.M.
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.5
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pp.555-567
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2013
Slim floor system using deep decks has been developed and employed in Europe to reduce the floor height of steel structures. Although long span buildings involving the issue of reducing floor height are being increasingly built in Korea, employing deep decks in more than 7m long span structures is likely to cause problems associated with excessive deflection. This study is applied to the long-span concrete casting of the deep deck plate usability of deflection due to bending and torsional instability of open cross-section, as a way to improve the problem of cap plates are suggested, and the optimum length of reinforcement and location are derived from theoretic estimation. The cap plates are placed on the deep decks with regular intervals to overcome the instability of open sections, improve the stiffness of the sections and control the deflection at the centers. The improvement in flexural capacity associated with the location of the cap plates and the length of reinforcement are verified through analysis and test.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.6
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pp.13-20
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2017
High-rise building shapes are changing from orthogonal to irregular form and the current trend is to arrange members in geometric grid-patterns at the perimeter of buildings. This study proposes a simple model for the preliminary design of a hexagrid high-rise building. The size of the cross section is set to be different at each module and hexagrid unit, which is different from the previous studies in which all hexagrid members were the same. To examine the effect of hexagrid size on structural performance, 60-story hexagrid buildings with 1-, 2- and 4-story high modules are designed and analyzed. Maximum lateral displacement, steel tonnage, load carrying percentage of perimeter frame and combined strength ratio are compared for 15 buildings. As the lateral load carrying capacity of hexagrid structure was inferior to a diagrid structural system, proper lateral stiffness should be allocated to the core frame in a hexagrid structure. The best ratio of flexural to shear deformation was 4 and larger unit size was better in considering constructional cost and structural efficiency. As the maximum lateral displacements of the buildings were within 84%~108% of the limit, the proposed method seems to be applicable to preliminary design of hexagrid buildings.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.2
s.72
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pp.139-150
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2006
ILM(incremental launching method) bridge is one of the prestressed concrete bridge construction methods widely adopted owing to its effectiveness for the quality control. The sections of the launched superstructure pass every position of the bridge spans. This launching process causes the bridge sections to be experienced in the quite different stress states with the stress state occurred after construction completely. Due to the self weight of sections, particularly, the superstructure sections(deck) experience maximum positive and negative moment as well as maximum shear force during launching process. To minimize the temporarily caused sectional forces, launching nose is generally used in the construction method. Therefore, the magnitude of this sectional forces should be checked for the safety of super structure in construction and it is dependent on the structural characteristics of launching nose. In this study, the simplified formulas to analyze the sectional force occurred by the nose-deck interaction in ILM construction are developed. The considering parameters are the span length ratio, stiffness ratio and weight ratio between the launching nose and the super structure. In particular, the developed formulas can consider the tapered sectional shape of launching nose and the diaphragm wall in the superstructure. Additionally, the sensitivity analysis is performed to analyze the effects of nose-deck interaction according to the design parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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