Georgiadi-Stefanidi, Kyriaki;Panagouli, Olympia;Kapatsina, Alexandra
Advances in concrete construction
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v.3
no.2
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pp.127-143
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2015
Steel fibre reinforced concrete (SFRC) is an anisotropic material due to the random orientation of the fibres within the cement matrix. Fibres under different inclination angles provide different strength contribution of a given crack width. For that the pull-out response of inclined fibres is of great importance to understand SFRC behaviour, particularly in the case of fibres with hooked ends, which are the most widely used. The paper focuses on the numerical modelling of the pull-out response of this kind of fibres from high-strength cementitious matrix in order to study the effects of different inclination angles of the fibres to the load-displacement pull-out curves. The pull-out of the fibres is studied by means of accurate three-dimensional finite element models, which take into account the nonlinearities that are present in the physical model, such as the nonlinear bonding between the fibre and the matrix in the early stages of the loading, the unilateral contact between the fibre and the matrix, the friction at the contact areas, the plastification of the steel fibre and the plastification and cracking of the cementitious matrix. The bonding properties of the fibre-matrix interface considered in the numerical model are based on experimental results of pull-out tests on straight fibres.
Zhu, Yan Fei;Chen, Chang Hong;Yao, Yao;Keer, Leon M.;Huang, Ying
Steel and Composite Structures
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v.28
no.2
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pp.209-221
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2018
An empirical and efficient method is presented for calculating the dynamic increase factor to amplify the applied loads on the affected bays of a steel frame structure with semi-rigid connections. The nonlinear static alternate path analysis is used to evaluate the dynamic responses. First, the polynomial models of the extended end plate and the top and seat connection are modified, and the proposed polynomial model of the flush end plate connection shows good agreement as compared with experimental results. Next, a beam model with nonlinear spring elements and plastic hinges is utilized to incorporate the combined effect of connection flexibility and material nonlinearity. A new step-by-step analysis procedure is established to obtain quickly the dynamic increase factor based on a combination of the pushdown analysis and nonlinear dynamic analysis. Finally, the modified dynamic increase factor equation, defined as a function of the maximum ratio value of energy demand to energy capacity of an affected beam, is derived by curve fitting data points generated by the different analysis cases with different column removal scenarios and five types of semi-rigid connections.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.6
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pp.82-87
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2012
The purpose of this study is to produce a side impact beam with high tensile steel using a roll forming process. The door side impact beam plays an important roll in a car because it protects passengers from external crash. The roll forming process is a continuous bending process wherein a long metal sheet is bended as it continuously passes several rolls. The characteristic of this study is that an impact beam is produced by a continuous process using a ultra high strength steel without a hardening heat treatment. A model was determined by analysing plasticity of a cross section shape considering high strength. Design parameters of the impact beam was determined by crash-analysing the model. Workpiece products were manufactured by designing dies for roll forming and setting them up in a following process line. Results of a bending test and a FEM analysis was considered and reviewed.
A hybrid damage monitoring scheme using parallel acceleration-impedance approaches is proposed to detect girder damage and support damage in steel plate-girder bridges which are under ambient train-induced excitations. The hybrid scheme consists of three phases: global and local damage monitoring in parallel manner, damage occurrence alarming and local damage identification, and detailed damage estimation. In the first phase, damage occurrence in a structure is globally monitored by changes in vibration features and, at the same moment, damage occurrence in local critical members is monitored by changes in impedance features. In the second phase, the occurrence of damage is alarmed and the type of damage is locally identified by recognizing patterns of vibration and impedance features. In the final phase, the location and severity of the locally identified damage are estimated by using modal strain energy-based damage index methods. The feasibility of the proposed scheme is evaluated on a steel plate-girder bridge model which was experimentally tested under model train-induced excitations. Acceleration responses and electro-mechanical impedance signatures were measured for several damage scenarios of girder damage and support damage.
This paper is concerned with the energy absorption efficiency of auto-body side structures for the conventional steel and 60TRIP high strength steel. In order to evaluate the energy absorption efficiency, the dynamic crash analysis is carried out with the regulation of US-SINCAP. The analysis adopts the Johnson-Cook model for the dynamic material properties, which have been obtained from dynamic material tests. For the sake of the dynamic material properties, the analysis has been accurately peformed for the crashworthiness assesment. The analysis result provides deformed shapes, amounts of penetration and accelerations at several important points during crash. The result confirms that 60TRIP greatly improves the crashworthiness of the side members without sacrificing the weight and thus can be used for the light-weight design of an auto-body.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.3
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pp.1047-1052
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2010
Influence of lateral spring constant on energy dissipation and load reduction factor with erespect to lateral vibration of steel sheet pile installed by vibratory pile driver. Energy dissipation and load reduction factor varying with free length of steel sheet pile are more affected by eccentricity than flexural rigidity of steel sheet pile regardless of the magnitudes of lateral spring constants. Load reduction factors were converged when lateral spring constant was equal or larger than 10000N/m.
Noh, Hyung Gyun;Lee, Jong Hwi;Kang, Hie Chan;Park, Hyun Sun
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.3
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pp.459-465
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2017
The goal of this study is to evaluate the effective thermal conductivity and diffusivity of containment walls as heat sinks or passive cooling systems during nuclear power plant (NPP) accidents. Containment walls consist of steel reinforced concrete, steel liners, and tendons, and provide the main thermal resistance of the heat sinks, which varies with the volume fraction and geometric alignment of the rebar and tendons, as well as the temperature and chemical composition. The target geometry for the containment walls of this work is the standard Korean NPP OPR1000. Sample tests and numerical simulations are conducted to verify the correlations for models with different densities of concrete, volume fractions, and alignments of steel. Estimation of the effective thermal conductivity and diffusivity of the containment wall models is proposed. The Maxwell model and modified Rayleigh volume fraction model employed in the present work predict the experiment and finite volume method (FVM) results well. The effective thermal conductivity and diffusivity of the containment walls are summarized as functions of density, temperature, and the volume fraction of steel for the analysis of the NPP accidents.
Liu, Si-Wei;Chan, Jake Lok Yan;Bai, Rui;Chan, Siu-Lai
Steel and Composite Structures
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v.29
no.5
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pp.623-633
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2018
A robust element is essential for successful design of steel frames with Direct analysis (DA) method. To this end, an innovative and efficient curved-quartic-function (CQF) beam-column element using the fourth-order polynomial shape function with end-springs in series is proposed for practical applications of DA. The member initial imperfection is explicitly integrated into the element formulation, and, therefore, the P-${\delta}$ effect can be directly captured in the analysis. The series of zero-length springs are placed at the element ends to model the effects of semi-rigid joints and material yielding. One-element-per-member model is adopted for design bringing considerable savings in computer expense. The incremental secant stiffness method allowing for large deflections is used to describe the kinematic motion. Finally, several problems are studied in this paper for examining and validating the accuracy of the present formulations. The proposed element is believed to make DA simpler to use than existing elements, which is essential for its successful and widespread adoption by engineers.
Lou, Tiejiong;Wu, Sishun;Karavasilis, Theodore L.;Chen, Bo
Steel and Composite Structures
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v.39
no.1
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pp.21-33
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2021
This paper aims to improve the current state-of-the-art in long-term deflection prediction in steel-concrete composite beams. The efficiency of a time-dependent finite element model based on linear creep theory is verified with available experimental data. A parametric numerical study is then carried out, which focuses on the effects of concrete creep and/or shrinkage, ultimate shrinkage strain and reinforcing bars in the slab. The study shows that the long-term deformations in composite beams are dominated by concrete shrinkage and that a higher area of reinforcing bars leads to lower long-term deformations and steel stresses. The AISC model appears to overestimate the shrinkage-induced deflection. A modified ACI equation is proposed to quantify time-dependent deflections in composite beams. In particular, a modified reduction factor reflecting the influence of reinforcing bars and a coefficient reflecting the influence of ultimate shrinkage are introduced in the proposed equation. The long-term deflections predicted by this equation and the results of extensive numerical analyses are found to be in good agreement.
In this study, an effective numerical method is introduced for nonlinear inelastic analyses of rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) frames for the first time. A steel-concrete composite fiber beam-column element model is developed that considers material, and geometric nonlinearities, and residual stresses. This is achieved by using stability functions combined with integration points along the element length to capture the spread of plasticity over the composite cross-section along the element length. Additionally, a multi-spring element with a zero-length is employed to model the nonlinear semi-rigid beam-to-column connections in CFST frame models. To solve the nonlinear equilibrium equations, the generalized displacement control algorithm is adopted. The accuracy of the proposed method is firstly verified by a large number of experiments of CFST members subjected to various loading conditions. Subsequently, the proposed method is applied to investigate the nonlinear inelastic behavior of rectangular CFST frames with fully rigid, semi-rigid, and hinged connections. The accuracy of the predicted results and the efficiency pertaining to the computation time of the proposed method are demonstrated in comparison with the ABAQUS software. The proposed numerical method may be efficiently utilized in practical designs for advanced analysis of the rectangular CFST structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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