To study the eccentric compressive performance of the basalt-fiber reinforced recycled aggregate concrete (BFRRAC)-filled circular steel tubular stub column, 8 specimens with different replacement ratios of recycled coarse aggregate (RCA), basalt fiber (BF) dosage, strength grade of recycled aggregate concrete (RAC) and eccentricity were tested under eccentric static loading. The failure mode of the specimens was observed, and the relationship curves during the entire loading process were obtained. Further, the load-lateral displacement curve was simulated and verified. The influence of the different parameters on the peak bearing capacity of the specimens was analyzed, and the finite element analysis model was established under eccentric compression. Further, the design-calculation method of the eccentric bearing capacity for the specimens was suggested. It was observed that the strength failure is the ultimate point during the eccentric compression of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column. The shape of the load-lateral deflection curves of all specimens was similar. After the peak load was reached, the lateral deflection in the column was rapidly increased. The peak bearing capacity decreased on enhancing the replacement ratio or eccentric distance, while the core RAC strength exhibited the opposite behavior. The ultimate bearing capacity of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column under eccentric compression calculated based on the limit analysis theory was in good agreement with the experimental values. Further, the finite element model of the eccentric compression of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column could effectively analyze the eccentric mechanical properties.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.6A
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pp.935-941
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2006
The hysteretic behavior of steel structure under cyclic and dynami loading such as earthquake is different to that under static loading. Because structural steels on dynamic deformation is different to static deformation with respect with mechanical characteristics and stress-strain relationship. Therefore, to accurately predict the hysteretic behavior of steel structures such as circular steel columns under cyclic and dynamic loading, the difference of loading carrying capacity and deformation according to loading rate, assumed static and dynamic deformation state, must be investigated. In this study, numerical analyses of circular steel column using SM490 for change of loading rate and diameter-thickness ratio(D/t) were carried out by using three-dimensional elastic-plastic finite element analysis and dynamic cyclic plasticity model of SM490 developed by the authors. Characteristics of hysteretic behavior of circular steel column using SM490, load carrying capacity and energy dissipation ratio, were clarified by analysis results.
To make up for the performance weaknesses of recycled aggregate concrete (RAC), expand the application range of RAC, and alleviate the environmental problems caused by excessive exploitation of natural coarse aggregates (NCA), this study proposes a basalt fiber-reinforced recycled aggregate concrete (BFRRAC)-filled square steel tubular columns that combines two modification methods of steel tube and fiber, which may greatly enhance the mechanical properties of RAC. The axial compression performance for BFRRAC-filled square steel tubular columns was reported during this study. Seven specimens with different replacement ratios of recycled coarse aggregate (RCA), length-diameter ratios, along with basalt fiber (BF) contents were designed as well as fabricated for performing axial compression test. For each specimen, the whole failure process as well as mode of specimen were discovered, subsequently the load-axial displacement curve has obtained, after which the mechanical properties was explained. A finite element analysis model for specimens under axial compression was then established. Subsequently, based on this model, the factors affecting axial compression performance for BFRRAC-filled square steel tubes were extended and analyzed, after which the corresponding design suggestion was proposed. The results show that in the columns with length-diameter ratios of 5 and 8, bulging failure was presented, and the RAC was severely crushed at the bulging area of the specimen. The replacement ratio of RCA as well as BF content little affected specimen's peak load (less than 5%). As the content of BF enhanced from 0 kg/m3 to 4 kg/m3, the dissipation factor and ductility coefficients increased by 10.2% and 5.6%, respectively, with a wide range.
The study objective was to evaluate the enhanced removal of high concentrations of phosphorus from synthetic wastewater (solely phosphorus-containing) and real wastewater (pig manure) by using carbon nanotube (CNT)-coated steel slag. Generally, phosphorus removal by steel slag is attributed to Ca2+ eluted from the slag. However, in this study, CNT was used to control the excess release of Ca2+ from steel slag and increase the phosphorus removal. The phosphorus removal rate by the uncoated steel slag was lower than that of the CNT-coated steel slag, even though the Ca2+ concentrations were higher in the solution containing the uncoated steel slag. Therefore, the phosphorus removal could be attributed to both precipitation with Ca2+ eluted from steel slag in aqueous solution and adsorption onto the surface of the CNT-coated steel slag. Furthermore, the protons released from the CNT surface by exchanging with divalent cations acted to reduce the pH increase of the solution, which is attributed to the OH- eluted from the steel slag. The adsorption isotherm and kinetics of the CNT-coated steel slags followed the Freundlich isotherm and pseudo-second-order model, respectively. The maximum adsorption capacity of the uncoated and CNT-coated steel slags was 6.127 and 9.268 mg P g-1 slag, respectively. In addition, phosphorus from pig manure was more effectively removed by the CNT-coated steel slag than by the uncoated slag. Over 24 hours, the PO4-P removal in pig manure was 12.3% higher by the CNT-coated slag. This CNT-coated steel slag can be used to remove both phosphorus and metals and has potential applications in high phosphorus-containing wastewater like pig manure.
Concrete-filled steel tubes (CFSTs) are increasingly used as composite sections in structures owing to their excellent load bearing capacity. Therefore, predicting the mechanical behavior of CFST sections under axial compression loading is vital for design purposes. This paper presents the first study on the nonlinear analysis of heated CFSTs with high-strength concrete core containing steel fiber and waste tire rubber under axial compression loading. CFSTs had steel fibers with 0, 1, and 1.5% volume fractions and 0, 5, and 10% rubber particles as sand alternative material. They were subjected to 20, 250, 500, and 750℃ temperatures. Using flow rule and analytical analysis, a model is developed to predict the load bearing capacity of steel tube, and hoop strain-axial strain relationship, and axial stress-volumetric strain relationship of CFSTs. An elastic-plastic analysis method is applied to determine the axial and hoop stresses of the steel tube, considering elastic, yield, and strain hardening stages of steel in its stress-strain curve. The axial stress in the concrete core is determined as the difference between the total experimental axial stress and the axial stress of steel tube obtained from modeling. The results show that steel tube in CFSTs under 750℃ exhibits a higher load bearing contribution compared to those under 20, 250, and 500℃. It is also found that the ratio of load bearing capacity of steel tube at peak point to the load bearing capacity of CFST at peak load is noticeable such that this ratio is in the ranges of 0.21-0.33 and 0.31-0.38 for the CFST specimens with a steel tube thickness of 2 and 3.5 mm, respectively. In addition, after the steel tube yielding, the load bearing capacity of the tube decreases due to the reduction of its axial stiffness and the increase of hoop strain rate, which is in the range of about 20 to 40%.
This paper presents a practical and realistic Life-Cycle Cost (LCC) optimum design methodology for steel bridges considering the long-term effect of environmental stressors such as corrosion and heavy truck traffics on bridge reliability. The LCC functions considered in the LCC optimization consist of initial cost, expected life-cycle maintenance cost, and expected life-cycle rehabilitation costs including repair/replacement costs, loss of contents or fatality and injury losses, road user costs, and indirect socio-economic losses. For the assessment of the life-cycle rehabilitation costs, the annual probability of failure, which depends upon the prior and updated load and resistance histories, should be accounted for. For the purpose, Nowak live load model and a modified corrosion propagation model, which takes into consideration corrosion initiation, corrosion rate, and repainting effect, are adopted in this study. The proposed methodology is applied to the LCC optimum design problem of an actual steel box girder bridge with 3 continuous spans (40m+50m+40m=130m). Various sensitivity analyses are performed to investigate the effects of various design parameters and conditions on the LCC-effectiveness. From the numerical investigation, it has been observed that local corrosion environments and the volume of truck traffic significantly influence the LCC-effective optimum design of steel bridges. Thus, these conditions should be considered as crucial parameters for the optimum LCC-effective design.
Kim, Yong-Hee;Park, Jong-Sup;Lee, Young-Ho;Oh, Min-Su
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.22
no.2
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pp.173-183
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2010
In this study, noncomposite and composite eco-arch structures with I-beams and precast concrete(PC) decks were investigated. Four finite-element models(a steel-girder model, a steel-girder-and-several-PC-panels model, a three-steel-girder model, and a three-steel-girder-and-several-PC-panels model) using a general finite-element program, ABAQUS, were reviewed to predict the strength of the noncomposite and composite arch structures. Based on the results of the finite- element analysis, the behaviors of the four models were investigated, and deflection and strain gauges for the experimental specimen consisting of three steel girders and several PC panels were set up to obtain the ultimate strength. The ultimate strength of the specimen was estimated to be 1,961kN. The ultimate strength was much larger than the 1,380-kN load calculated using AASHTO LRFD Bridge Design Specifications(2007). The noncomposite and composite arch bridges were found to have enough strength for safety.
In this study, a five-story steel frame was designed in accordance with KBC2005 to evaluate the effects of the beam-column connection on the structural behavior. The connections were designed as fully rigid and semi-rigid. The fiber model was used to describe the moment-curvature relationship of the steel beam and the column, the power model for the moment-rotation angle of the semi-rigid connection and the three-parameter model for the hysteretic behavior of the steel beam, column, and connection. The structure was idealized as separate 2-D frames and as connected 2-D frames. The peak ground accelerations of four earthquake records were modified in a time-history analysis for the levels of the mean return period and for the maximum base-shear force in a pushover analysis. The top story displacement, base-shear force, story drift, demanded ductility ratio for the semi-rigid connection, maximum bending moment of the column, beam, and connection, and distribution of the plastic hinge were examined in the time-history analysis. The frame with the semi-rigid connection yielded a lower base-shear force, less magnitude, and increasing ratio in the bending moment of the column, beam, and connection than the frame with a fully rigid connection. The TSD connection was deemed to have secured the economy and safety of the sample structure that was subjected to seismic excitation for the Korean design level.
In the companion paper (Model Development), an analytical model estimating the available rotation capacity of fully restrained beam-column connections in special steel moment-resisting frames was proposed. In this paper, two limit states were considered as the connection rotation capacity criteria: (i) strength degradation failure when the strength falls below the nominal plastic strength due to the local buckling of the beam's cross-section and (ii) low-cycle fatigue fracture caused by plastic strain accumulation at the buckled flange after only a few cycles of high-amplitude deformation. A series of analyses are conducted using the proposed model with two limit states under monotonic and cyclic loadings. Beam section geometric parameters, such as flange and web slenderness ratios, varied over the practical ranges of H-shapedbeams to observe their effect on the rotation capacity and low-cycle fatigue life of pre-qualified WUF-W connections.
In this study, fracture formation and fracture volume by blasting demolition of model reinforced concrete pillars were compared with various vertical load and influence of reinforced steel bar. The more vertical load increased, the more tensile cracks and vertical direction cracks produced. In vertical load of 2.0ton, tensile cracks on vertical direction were predominantly produced. Generally, the more vertical load increased, the more bending deformation of concrete steel bar decreased. As a result, vertical load was influenced fracture formation of concrete and bending deformation of reinforced steel bar. Reinforced steel bar was influenced fracture volume of concrete. According to vertical load and influence of reinforce steel bar by blasting demolition of reinforced concrete pillars, drilling and blasting pattern may be modified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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