Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.10-21
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2014
The joint of prefabricated steel grid composite deck is composed of concrete shear key and high-tension bolts. The flexural and shear strength of the joint were experimentally evaluated only by the bending and push-out test of the joint element. In this study the lateral load transfer behavior of the joint in deck structure system is experimentally evaluated. Several decks connected by the joint are prefabricated and loaded centrically and eccentrically. In the case of centrically loaded specimens, the analysis results show that for the same loading step the rotation angle of the joint with 4 high-tension bolts is larger than the case of the joint with 9 high-tension bolts. Consequently, flexural stiffness of deck and lateral load transfer decrease in the case of specimen with 4 high-tension bolts. But, in the case of eccentrically loaded specimens, it is found that there are no significant differences in the load transfer behavior. The further analysis results about the structural behavior of the joint show that lateral load transfer can be restricted by the load bearing capacity of the joint as well as punching shear strength of the slab. Furthermore, considering that high-tension bolts in the joint didn't reach to the yielding condition until the punching shear failure, increase in the number of high-tension bolts from 4 to 9 has a greater effect on the flexural stiffness of the joint and deck system than the strength of them.
Granular soils having a large particle size have been used as a filling material in the construction of foundation, harbor, dam, and so on. Consequently, the shear behavior of this granular soil plays a key role in respect of stability of structures. For example, soil particle crushing occurring at the interface between structure and soil and/or within soil mass can cause a disturbance of ground characteristics and consequently induce issues in respect of stability of structures. In order to investigate the shear behavior according to an existence and nonexistence of particle crushing, numerical analyses were conducted by using the DEM (Discrete Element Method)-based software program PFC2D (Particle Flow Code). By dividing soil particle bonding model into crushing model and noncrushing model, total four particle bonding models were simulated and their results were compared. Noncrushing model included one ball model and clump model, and crushing model included cluster model and Lobo-crushing model. The combinations of soil particle followed the research results of Lobo-Guerrero and Vallejo (2005) which were composed of eight circles. The results showed that the friction angle was in order of clump model > cluster model > one ball model. The particle bonding model compared to one ball model and noncrushing model compared to crushing model showed higher shear strength. It was also concluded that the model suggested by Lobo-Guerrero and Vallejo (2005) is not appropriate to simulate the soil particle crushing.
Unreinforced masonry buildings represent a significant portion of the existing and historical buildings around the world. Recent earthquakes have shown the need for seismic retrofitting for these types of buildings. Various types of retrofitting materials (i.e., shotcrete, ECC and Fiber Reinforced Polymer sheets (FRPs)) for unreinforced masonry buildings (URM) have been developed. Engineers prefer to use FRPs, because these materials enhance the shear strength of the wall without expansion of wall sectional area and adding weight to the total structure. However, the complexity of the mechanical behavior of the masonry wall and the lack of experimental data from walls retrofitted by FRPs may cause problems for engineers to determine an appropriate retrofitting level. This paper investigate in-plane behavior of URM and retrofitted masonry walls using two different types of FRP materials to determine and provide information for the retrofitting effect of FRPs on masonry shear walls. Specimens were designed to idealize the wall of a low-rise apartment which was built in 1970s in Korea with no seismic reinforcements with an aspect ratio of 1. Retrofitting materials were carbon FRP and Hybrid sheets which have different elastic modulus and ultimate strain capacities. Consequently, this study evaluated the structural capacity of masonry shear walls and the retrofitting effect of an FRP sheet for in-plane behavior. Also, the results were compared to the results obtained from the evaluation method for a reinforced concrete beam retrofitted with FRPs.
Recently, there have been various domestic construction activities related to the reclamation of the dredged soils to expand the land use. However, the reclaimed grounds made of the dredged soils cause various problems due to highly compressible and low shear strength nature. Particularly, this nature induces huge problems in case of the harbor facilities and road construction on the reclaimed sites. Furthermore, in the reclamation activities, the marine dredged soils are often used instead of the well sorted sand, which induces problems of compressibilities. Therefore, in this study, the mechanical characteristics of artificial soil mixture of kaolinite representing the marine dredged soils and the pond ash. A large consolidometer is designed and manufactured to produce the artificial soil mixture. To represent various mixing ratio between the fly ash and bottom ash in the pond ash, six samples with the same stress history are made with different mixing ratio among kaolinite, bottom ash and fly ash. Isotropically consolidated and undrained compression tests are performed to investigate the shear characteristics of soil mixtures. Based on the experimental results, as the components of mixed ash increase, the friction angle increase and the cohesion values decrease. Also, the porepressure parameters at failure, Af increase with the mixing components of the pond ash. The portion of bottom ash has more impact on the shear behavior than that of fly ash.
By replacing the previous metal connector on the joints of timber structure, the GFRP reinforced laminated wooden pin was produced using a wooden material and Glass fiber reinforced plastic(GFRP) composite laminate. In addition, using the reinforced wooden pin, the tensile type shear strength test was conducted. Based on the result of the bending strength test of the reinforced laminated wooden pin according to the GFRP arrangement, a specimen(Type-A) with a single insertion of GFRP for each layer have shown the most favorable performance. Also, it was verified that densified specimen hot pressed for an hour at the temperature of $150^{\circ}C$ and with the oppression pressure $1.96N/mm^2$ have shown the improved performance of 1.57 times than the specimen without the densification. And in the bending strength test considering the load direction, edgewise have shown a higher performance of 3.51 times than the flatwise. A shear strength test was conducted using the Type-A reinforced laminated wooden pin which have shown a moderate performance on the test. Based on the test conducted by differentiating the type of the joint plate and the connector, compared to the specimen(Type-DS) applied with the drift pin and steel plate, the specimen( Type-WL) applied with the GFRP reinforced laminated wooden pin and GFRP reinforced wooden laminated plate have shown 1.12 times higher shear strength and also have shown an excellent toughness even after the maximum load.
FRP-concrete interfacial mechanical properties determine the strengthening effect of RC beams strengthened with FRP. In this paper, the model experiments were carried out with eight specimens to study the failure modes and the strengthening effect of RC beams strengthened with FRP. Then a theoretical model based on interfacial performances was proposed and interfacial mechanical behaviors were studied. Finite element analysis confirmed the theoretical results. The results showed that RC beams strengthened with FRP had three loading stages and that the FRP strengthening effects were mainly exerted in the Stage III after the yielding of steel bars, including the improvement of the bearing capacity, the decreased ultimate deformation due to the sudden failure of FRP and the improvement of stiffness in this stage. The mechanical formulae of the interfacial shear stress and FRP stress were established and the key influence factors included FRP length, interfacial bond-slip parameter, FRP thickness, etc. According to the theoretical analysis and experimental data, the calculation methods of interfacial shear stress at FRP end and FRP strain at midspan were proposed. When FRP bonding length was shorter, interfacial shear stress at FRP end was larger that led to concrete cover peeling failure. When FRP was longer, FRP reached the ultimate strain and the fracture failure of FRP occurred. The theoretical results were well consistent with the experimental data.
Kim, Taewan;Chu, Yurim;Kim, Seung Re;Bhandari, Diwas
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.3
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pp.161-168
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2018
Pohang earthquake occurred on November 15, 2017, with a magnitude of 5.4. The damage of the structure caused by the Pohang earthquake was the most significant in 4-story piloti-type buildings, where the damage patterns were different according to the location of columns and walls at the first story. One building with a staircase at a corner shows shear failure at columns, and Another building with a staircase in the middle shows no failure or shear failure at staircase walls. Therefore, two different piloti-type buildings were selected; one has a staircase at a corner and another has in the middle, and the seismic behavior of the buildings were examined by nonlinear dynamic analysis applying a ground motion measured at Pohang. Analytical model well simulated the actual behavior of the piloti-type buildings during the earthquake. Analysis results showed that walls have an insufficient shear strength wherever the location of the staircase is and columns with insufficient transverse reinforcement could be failed when the staircase is located at a corner. Conclusively, structural engineers should design columns and walls in piloti-type buildings to possess sufficient capacity according to the location of staircase.
Chalioris, Constantin E.;Voutetaki, Maristella E.;Liolios, Angelos A.
Earthquakes and Structures
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v.19
no.1
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pp.29-44
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2020
The effectiveness and the sensitivity of a Wireless impedance/Admittance Monitoring System (WiAMS) for the prompt damage diagnosis of two single-storey single-span Reinforced Concrete (RC) frames under cyclic loading is experimentally investigated. The geometrical and the reinforcement characteristics of the RC structural members of the frames represent typical old RC frame structure without consideration of seismic design criteria. The columns of the frames are vulnerable to shear failure under lateral load due to their low height-to-depth ratio and insufficient transverse reinforcement. The proposed Structural Health Monitoring (SHM) system comprises of specially manufactured autonomous portable devices that acquire the in-situ voltage frequency responses of a network of twenty piezoelectric transducers mounted to the RC frames. Measurements of external and internal small-sized piezoelectric patches are utilized for damage localization and assessment at various and increased damage levels as the magnitude of the imposed lateral cycle deformations increases. A bare RC frame and a strengthened one using a pair of steel crossed tension-ties (X-bracing) have been tested in order to check the sensitivity of the developed WiAMS in different structural conditions since crack propagation, damage locations and failure mode of the examined frames vary. Indeed, the imposed loading caused brittle shear failure to the column of the bare frame and the formation of plastic hinges at the beam ends of the X-braced frame. Test results highlighted the ability of the proposed SHM to identify incipient damages due to concrete cracking and steel yielding since promising early indication of the forthcoming critical failures before any visible sign has been obtained.
With the increasing usages of micropile, several researchers have been studying the bearing characteristics of micropile or micropile-raft system. But most cases of research were focused on the bearing capacity of micropile-raft system on sand layer. And it was not considered that the bearing capacity of micropile-raft system was affected by the failure mode of soil and pile installation conditions. Thereby this study conducted the numerical analysis to estimate the bearing capacity of micropile-raft system on sand or silt layer with different shear failure mode. It was found that the bearing capacity of micropile-raft system installed in positive or negative angle was larger than that of the system installed in vertical angle, in the case of the sand layer undergoing the general shear failure. In the case of silt layer undergoing the punching shear failure, the bearing capacity of micropile-raft system installed only in negative angle was larger than that installed in vertical or positive angle. And the bearing capacity of foundation system in positive angle was similar to the vertical micropile-raft system.
Strengthening of existing concrete structures is a major concern in recent years as the number of degraded structures increases. The purpose of this paper is to investigate the static and fatigue behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened with steel plates. To this end, a comprehensive test program has been set up and many series of strengthened beams have been tested. The major test variables include the plate thickness, adhesive thickness, and the shear-span to depth ratio. The test results indicate that the separation of plates is the dominant failure mechanism even for the full-span-length strengthened beams with steel plate. The theoretical ultimate load capacities for strengthened beams based on the full composite action of concrete beam and steel plate are found to be larger than the actual measured load capacities. The strengthened beams exhibit more dominant shear cracking as the shear-span to depth ratio decreases. The ultimate capacity of strengthened beams increases slightly with the increase of adhesive thickness, which may be caused by the late initiation of plate separation in the beams with thicker adhesive. A realistic concept of ductility for plate-strengthened beams is proposed in this study. It is seen that the strengthened beams show relatively low ductility compared with unstrengthened beams. The present study indicates that the strengthened beams exhibit much higher fatigue resistance than the unstrengthened beams. The increase of deflections of strengthened beams according to the number of load cycles is much smaller than that of unstrengthened beams. The present study provides very useful results for the realistic application of plate-strengthening method in reinforced concrete structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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