This paper deals with the effect of non-linear volume fraction distribution of carbon nanotube in the FG-CNTRC beams on the critical buckling via a hyperbolic shear deformation theory. Here, different boundary condition was considered including hinged hinged, clamped clamped and clamped-free. Single-walled carbon nanotubes are aligned and distributed in the polymer matrix in different ways to reinforce it and the material properties of (CNTRC) beams are assumed to vary gradually along the thickness direction, following a new exponential power law distribution of (CNT). The effective material properties of nanocomposite beams are estimated using the rule of mixture. The governing equations of the mathematical models are obtained by applying Hamilton's principle. The results provided of mathematical models in this work are compared and validated with similar ones in the literature. The critical buckling loads of nanocomposite beams with different boundary conditions of linear and non-linear distribution of CNT volume fraction were obtained. The effects of several parameters, including the type of beam, the volume fraction of carbon nanotubes (CNTs), the exponent degree (n), and the aspect ratio, were investigated. The distribution non-linearity of CNT volume fraction in the beam has a significant impact on the mechanical properties, particularly in buckling behavior with different boundary conditions.
Kwon, Woo-Hyun;Kim, Woo-Suk;Kang, Thomas H.K.;Hong, Sung-Gul;Kwak, Yoon-Keun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.6
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pp.711-722
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2011
Beam-column gravity or Intermediate Moment frames subjected to unexpected large displacements are vulnerable when no seismic details are provided, which is typical. Conversely, economic efficiency of those frames is decreased if unnecessary special detailing is applied as the beam and column size becomes quite large and steel congestion is caused by joint transverse reinforcement in beam-column connections. Moderate seismic design is used in Korea for beam-column connections of buildings with structural walls, which are to be destroyed when the unexpected large earthquake occurs. Nonetheless, performance of such beamcolumn connections may be substantially improved by the addition of steel fibers. This study was conducted to investigate the effect of steel fibers in reinforced concrete exterior beam-column connections and possibility for the replacement of some joint transverse reinforcement. Ten half-scale beam-column connections with non-seismic details were tested under cyclic loads with two cycles at each drift up to 19 cycles. Main test parameters used were the volume ratio of steel fibers (0%, 1%, 1.5%) and joint transverse reinforcement amount. The test results show that maximum capacity, energy dissipation capacity, shear strength and bond condition are improved with the application of steel fibers to substitute transverse reinforcement of beam-column connections. Furthermore, several shear strength equations for exterior connections were examined, including the proposed equation for steel fiber-reinforced concrete exterior connections with non-seismic details.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.2
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pp.377-387
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2014
This study mainly treats a new type of the bracing friction damper system, which is able to minimize structural damage under earthquake loads. The slotted bolt holes are placed on the shear faying surfaces with an intention to dissipate considerable amount of friction energy. The superelastic shape memory alloy (SMA) wire strands are installed crossly between two plates for the purpose of enhancing recentering force that are able to reduce permanent deformation occurring at the friction damper system. The smart recentering friction damper system proposed in this study can be expected to reduce repair cost as compared to the conventional damper system because the proposed system mitigates the inter-story drift of the entire frame structure. The response mechanism of the proposed damper system is firstly investigated in this study, and then numerical analyses are performed on the component spring models calibrated to the experimental results. Based on the numerical analysis results, the seismic performance of the recentering friction damper system with respect to recentering capability and energy dissipation are investigated before suggesting optimal design methodology. Finally, nonlinear dynamic analyses are conducted by using the frame models designed with the proposed damper systems so as to verify superior performance to the existing damper systems.
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.
In this study, characteristics of the seismic response of the non-earthquake resistant reinforced concrete (RC) frame were identified. The test building is designed to withstand only gravity loads and not in compliance with modern seismic codes. Smooth bars were utilized for the reinforcement. Members are provided with minimal amount of stirrups to withstand low levels of shear forces and the core concrete is virtually not confined. Columns are slender and more flexible than beams, and beam-column connections were built without stirrups. Through the modeling of an example RC frame, the feasibility of the fiber elementbased 3D nonlinear analysis method was investigated. Since the torsion is governed by the fundamental mode shape of the structure under dynamic loading, pushover analysis cannot predict torsional response accurately. Hence, dynamic response history analysis is a more appropriate analysis method to estimate the response of an asymmetric building. The latter method was shown to be accurate in representing global responses by the comparison of the analytical and experimental results. Analytical models without rigid links provided a good estimation of reduced stiffness and strength of the test structure due to bond-slip, by forming plastic hinges closer to the column ends. However, the absence of a proper model to represent the bond-slip poased the limitations on the current inelastic analysis schemes for the seismic analysis of buildings especially for those with round steel reinforcements. Thus, development of the appropriate bond-slip model is in need to achieve more accurate analysis.
Soil-steel bridges are made of flexible corrugated steel plates buried in the well-compacted granular soil. One kind of possible collapses of these structures could be initiated by shear or tension failure in the soil cover subjected to vehicle loads. Current design codes provide the requirements for the minimum depth of the soil cover to avoid problems associated with soil cover failures. However, these requirements were developed for short span (less than 7.7 m) structures which are made of unstiffened plates of standard corrugation (150$\times$50 m). Numerical analyses were carried out to investigate the behavior of long span soil steel bridges according to thickness of the soil cover. The span of structures were up to 20 m and deep corrugated plates (381$\times$140 m) were used. The analysis showed that the minimum cover depth of 1.5 m could be sufficient to prevent the soil cover failure in the structures with a span exceeding 10 m. Additional analyses were performed to verify the reinforcement effect of the concrete relieving slab which can be a special feature to reduce the live-load effects. Analyses revealed that the bending moment of the conduit wall with a relieving slab was less than 20% of that without a relieving slab in a case of shallow soil cover conditions.
Kim, Min-Sung;Park, Chan-Yik;Cho, Chang-Min;Jun, Seung-Moon
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.11
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pp.891-899
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2013
This paper suggests a test and evaluation procedure of conformal load-bearing antenna structure(CLAS) for high speed military jet application. A log periodic patch type antenna was designed for multi-band communication and navigation antenna. Carbon/Glass fiber reinforced polymer was used as a structure supporting aerodynamic loads and honeycomb layer was used to improve antenna performance. Multi-layers were stacked and cured in a hot temperature oven. Gain, VSWR and polarization pattern of CLAS were measured using anechoic chamber within 0.15~2.0 GHz frequency range. Tension, shear, fatigue and impact load test were performed to evaluate structural strength of CLAS. Antenna performance test after every structural strength test was conducted to check the effect of structural test to antenna performance. After the application of new test and evaluation procedure to validate a new CLAS, a design improvement was found.
The pullout behavior of large-diameter steel pipe piles(diameter = 2,500mm, length = 38~40m), which were designed as compression piles but used as reaction piles during a static compression load test on a pile(diameter = 1,000m, length = 40m), was investigated. The steel pipe piles were driven by 20m into a marine deposit and weathered soil layer and then socketed by 10m into underlying weathered and soft rock layers. The sockets and pipe were filled with reinforced concrete. The steel pipe and concrete in the steel pipe zone and concrete and rebars in the socketed zone were fully instrumented to measure strains in each zone. The pullout deformations of the reaction pile heads were measured by LVDTs. Over the course of the study, a maximum uplift deformation of 7mm was measured in the heads of reaction piles when loaded to 10MN, and 1mm of residual uplift deflection was measured. In the reaction piles, about 83% and about 12% of the applied pullout loads were transferred in the weathered rock layer and in the soft rock layer, respectively. Also, at an uplift force of 10MN, shear stresses due to the uplift in the weathered rock layer md soft rock layer were developed as much as 125.3kPa and 61.8kPa, respectively. Thus, the weathered rock layer should be utilized as resisting layer in which frictional farce could be mobilized greatly.
This paper describes experimental results on the seismic performance of SHCC (strain-hardening cement composite) infill wall for improving damage tolerance capacity of non-ductile frame. To investigate the effect of tensile strain capacity and cracking behavior of SHCC materials on the shear behavior of SHCC infill wall, three infill walls were fabricated and tested under cyclic loading. The test parameter in this study is a type of cement composites; concrete and SHCCs. The two types of SHCC materials were prepared for infill walls. In order to induce crack damages into the mid-span of the infill wall, each infill wall had two 100-mm-deep-notches on both sides. Test results indicated that SHCC infill walls showed superior crack control capacities and much larger drift ratios at the peak loads than RC (reinforced concrete) infill wall, as expected. In particular, due to the bridging actions of the reinforcing fibers, SHCC matrix used in this study would delay the stiffness degradation of infill wall after the first inclined cracking. Moreover, from the damage classes based on the cracks' maximum width in the infill walls, it was observed that PIW-SHD specimen possessed nearly threefold seismic capacities compared to PIW-SLD specimen. Also, from the results on the strain of diagonal reinforcements, it can be concluded that the SHCC matrix would resist a part of tensile stresses transferred along steel rebar in the infill wall.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.11
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pp.1345-1352
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2012
This paper aims to evaluate the low-velocity impact responses and mechanical properties of balsa-wood and urethane-foam core materials and their sandwich panels, which are applied as the impact limiter of a nuclear spent fuel shipping cask. For the urethane-foam core, which is isotropic, tensile, compressive, and shear mechanical tests were conducted. For the balsa-wood core, which is orthotropic and shows different material properties in different orthogonal directions, nine mechanical properties were determined. The impact test specimens for the core material and their sandwich panel were subjected to low-velocity impact loads using an instrumented testing machine at impact energy levels of 1, 3, and 5 J. The experimental results showed that both the urethane-foam and the balsa-wood core except in the growth direction (z-direction) had a similar impact response for the energy absorbing capacity, contact force, and indentation. Furthermore, it was found that the urethane-foam core was suitable as an impact limiter material owing to its resistance to fire and low cost, and the balsa-wood core could also be strongly considered as an impact limiter material for a lightweight nuclear spent fuel shipping cask.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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