High Strength steel reinforced Reactive Powder Concrete (RPC) Beam is a new type of beams which has evident advantages than the conventional concrete beams. However, there is limited research on the shear bearing capacity of high-strength steel reinforced RPC structures, and there is a lack of theoretical support for structural design. In order to promote the application of high-strength steel reinforced RPC structures in engineering, it is necessary to select a shear model and derive applicable calculation methods. By considering the shear span ratio, steel fiber volume ratio, longitudinal reinforcement ratio, stirrup ratio, section shape, horizontal web reinforcement ratio, stirrup configuration angle and other variables in the shear test of 32 high-strength steel reinforced RPC beams, the applicability of three theoretical methods to the shear bearing capacity of high-strength steel reinforced RPC beams was explored. The plasticity theory adopts the RPC200 biaxial failure criterion, establishes an equilibrium equation based on the principle of virtual work, and derives the calculation formula for the shear bearing capacity of high-strength steel reinforced RPC beams; Based on the Strut and Tie Theory, considering the softening phenomenon of RPC, a failure criterion is established, and the balance equation and deformation coordination condition of the combined force are combined to derive the calculation formula for the shear bearing capacity of high-strength reinforced RPC beams; Based on the Rankine theory and Rankine failure criterion, taking into account the influence of size effects, a calculation formula for the shear bearing capacity of high-strength reinforced RPC beams is derived. Experimental data is used for verification, and the results are in good agreement with a small coefficient of variation.
Zhengyi Kong;Ningning Hu;Ya Jin;Kun Xing;Qinglin Tao;George Vasdravellis;Duc Kien Thai;Quang-Viet Vu
Steel and Composite Structures
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v.53
no.2
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pp.227-241
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2024
Advancements in additive manufacturing technology, notably for its efficiency, accuracy, automation, and streamlined procedures, are increasingly relevant in civil engineering. This study evaluates the mechanical properties of 316L stainless steel bolted connections fabricated using Powder Bed Fusion (PBF) additive manufacturing. Eleven single-lap bolted connection specimens were tested under monotonic loading to assess the influence of various factors, including plate thickness, manufacturing direction, bolt end and edge distances, and bolt quantity, on the connections' anti-sliding and shear capacities. Material tests conducted prior to the connection tests revealed that PBF-manufactured stainless steel plates possess higher yield and ultimate strength, as well as greater elongation capacity, compared to traditional stainless steel plates. The connection tests indicated that the anti-sliding coefficient values range from 0.348 to 0.698, aligning with current standards for stainless steel bolted connections. Three distinct failure modes were identified: net section failure in the stainless-steel plate, bolt shear failure, and plate shear failure. It was determined that existing standards for anti-sliding capacity may not be entirely applicable to PBF-manufactured connections. Therefore, a modified model for the anti-sliding capacity of these connections is proposed. Additionally, a more accurate formula for calculating their shear capacity, which addresses the oversight of friction forces in current standards, is introduced.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.2
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pp.157-164
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2013
In this study, the structural performance of nuclear power plant containment buildings, which are made of steel fiber reinforced concrete(SFRC) and subject to aircraft crash, is examined by finite element analyses. The applied loads by aircraft crash against the buildings are modeled using Riera impact load function and by the varying aircraft contact area with respect to time. CSCM concrete model in LS-DYNA is employed to model SFRC. The parameters for the material model are determined from SFRC strength prediction models. Based on the volume ratio of steel fiber in SFRC, the structural performance of nuclear containment buildings subject to aircraft crash are analysed using a commercial finite element analysis program LS-DYNA. The safety assessments of the buildings subject to the crash are discussed and the effectiveness of SFRC for nuclear power plant containment building on the increase of aircraft crash resistance is also evaluated.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.13
no.5
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pp.50-56
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2014
A technique based on the finite element method (FEM) is used in the simulation of metal cutting process. This offers the advantages of the prediction of the cutting force, the stresses, the temperature, the tool wear, and optimization of the cutting condition, the tool shape and the residual stress of the surface. However, the accuracy and reliability of prediction depend on the flow stress of the workpiece. There are various models which describe the relationship between the flow stress and the strain. The Johnson-Cook model is a well-known material model capable of doing this. Low-alloy steel is developed for a dry storage container for used nuclear fuel. Related to this, a process analysis of the plastic machining capability is necessary. For a plastic processing analysis of machining or forging, there are five parameters that must be input into the Johnson-Cook model in this paper. These are (1) the determination of the strain-hardening modulus and the strain hardening exponent through a room-temperature tensile test, (2) the determination of the thermal softening exponent through a high-temperature tensile test, (3) the determination of the cutting forces through an orthogonal cutting test at various cutting speeds, (4) the determination of the strain-rate hardening modulus comparing the orthogonal cutting test results with FEM results. (5) Finally, to validate the Johnson-Cook material parameters, a comparison of the room-temperature tensile test result with a quasi-static simulation using LS-Dyna is necessary.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.11
s.254
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pp.1425-1432
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2006
Coating layers on a coated sheet steel frequently affect distributions of strain rate of sheets and deteriorate the frictional characteristics between sheets and tools in sheet metal forming. Thus, it is important to identify the deformation behavior of these coatings to ensure the success of the sheet forming operation. In this study, the technique using nano-indentation test, FE-simulation and Artificial Neural Network(ANN) were proposed to determine the power law stress-strain behavior of coating layer and the power law behavior of extracted coating layers was examined using FE-simulation of drawing and nano-indentation process. Also, deep drawing test was performed to estimate the formability and frictional characteristic of coated sheet, which was calculated using the linear relationship between drawing force and blank holding force obtained from the deep drawing test. FE-simulations of the drawing process were respectively carried out for single-behavior FE-model having one stress-strain behavior and for layer-behavior FE-model which consist of coating and substrate separately. The results of simulations showed that layer-behavior model can predict drawing forces with more accuracy in comparison with single-behavior model. Also, mean friction coefficients used in FE-simulation signify the value that can occur maximum drawing force in a drawing test.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.6
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pp.112-119
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2006
This paper is concerned with the light-weight design of a center-pillar assembly for the high-speed side impact of vehicle using advanced high strength steels(AHSS). Steel industries continuously promote the ULSAB-AVC project for applying AHSS to structural parts as an alternative way to improve the crashworthiness and the fuel efficiency because it has the superior strength compared to the conventional steel. In order to simulate deformation behavior of the center-pillar assembly, a simplified center-pillar model is developed and parts of that are subdivided employing tailor-welded blanks(TWB) in order to control the deformation shape of the center-pillar assembly. The thickness of each part which constitutes the simplified model is selected as a design parameter. Factorial design is carried out aiming at the application and configuration of AHSS to simplified side-impact analysis because it needs tremendous computing time to consider all combinations of parts. In optimization of the center-pillar, S-shaped deformation is targeted to guarantee the reduction of the injury level of a driver dummy in the crash test. The objective function is constructed so as to minimize the weight and lead to S-shape deformation mode. Optimization also includes the weight reduction comparing with the case using conventional steels. The result shows that the AHSS can be utilized effectively for minimization of the vehicle weight and induction of S-shaped deformation.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.3
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pp.175-186
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2013
Based on Model Code 2010, flexural and residual strength, flexural toughness of SFRC with design strength of 60 MPa are evaluated. For comparisons, SFRC with design strength 40 MPa was tested. Distribution of steel fibers in crack surface of specimens was evaluated by visual inspection. The used steel fibers were hooked fibers with aspect ratio of 64, 67 and 80. In all specimens, mix ratio of steel fibers was 0.5% Vol. In results, only SFRC with the highest aspect ratio satisfied requirements specified in Model Code 2010. The results demonstrated that the use of high aspect ratio will provide enough flexural toughness for high strength concrete. Also, it is found that low slump of high strength concrete can help to enhance isotropic fiber distribution.
Four types of experiments were performed to check the similitude of member behavior between prototype and 1 /10 scale models : (1) Test of slender columns with P-$\Delta$ effect, (2) Test of short columns with and without confinement steel, (3) Test of simple beams without stirrups, and (4) 'T-beam test. Based on the results of experiments, the conclusions were made as follows : (1) The P-$\Delta$ effect of slender columns can be almost exactly represented by 1/10 scale model. (2) The effect of confinement on short columns by the hoop steel can be also roughly simulated by 1/10 scale model. (3) The failure modes of simple beams without stirrups are brittle shear failures in prototype whereas those of 1/10 scale models are the ductile yielding of tension steel followed by large diagonal tension cracking and compressive concrete failure. (4) The behaviors of prototype and 1/10 scale model in T-beams appear very similar.
A series of tests on concrete-filled SHS (Square Hollow Section) stub columns (twenty), columns (eight) and beam-columns (twenty one) were carried out. The main parameters varied in the tests are (1) Confinement factor (${\xi}$) from 1.08 to 5.64, (2) concrete compression strength from 10.7MPa to 36.6MPa, (3) tube width to thickness ratio from 20.5 to 36.5. (4) load eccentricity (e) from 15 mm to 80 mm and (5) column slenderness (${\lambda}$) from 45 to 75. A mechanics model is developed in this paper for concrete-filled SHS stub columns, columns and beam-columns. A unified theory is described where a confinement factor (${\xi}$) is introduced to describe the composite action between the steel tube and filled concrete. The predicted load versus axial strain relationship is in good agreement with stub column test results. Simplified models are derived for section capacities and modulus in different stages of the composite sections. The predicted beam-column strength is compared with that of 331 beam-column tests with a wide range of parameters. A good agreement is obtained. The predicted load versus midspan deflection relationship for beam-columns is in good agreement with test results. A simplified model is developed for calculating the member capacity of concrete-filled SHS columns. Comparisons are made with predicted columns strengths using the existing codes such as LRFD (AISC 1994), AIJ (1997), and EC4 (1996). Simplified interaction curves are derived for concrete-filled beam-columns.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.3
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pp.21-28
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2008
To evaluate the seismic performance of multi-degree of freedom(MDF) systems, repeated nonlinear response history analyses are often conducted, which require extensive computational efforts. To reduce the amount of computation required, equivalent single degree of freedom(SDF) systems representing complex multi-degree of freedom(MDF) systems have been developed. For the equivalent SDF systems, bilinear models and trilinear models have been most commonly used. In these models, the P-$\Delta$ effect due to gravity loads during earthquakes can be accounted for by assigning negative stiffness after elastic range. This study evaluates the adequacy of equivalent SDF systems having these hysteretic models to predict the actual response of steel moment resisting frames(SMRF). For this purpose, this study conducts cyclic pushover analysis, nonlinear time history analysis and incremental dynamic analysis(IDA) for SAC-Los Angeles 9-story buildings using nonlinear MDF models(exact) and equivalent SDF models(approximate). In addition, this study considers the strength limited model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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