Various types of FRP materials have been applied for structural strengthening of RC beams in various forms. When CFRP plates are used, a premature failure used to occur before enough strengthening effect appears. This is primarily due to the rip-off of CFRP Plate attached on RC beams. Despite of numerous studies on the rip-off failure of externally strengthened RC beams, its failure mechanism is not definitely clarified yet. Investigations from literatures have shown that the rip-off failure is dependant on the vertical and shear stresses at the level of main reinforcements in RC beams. This study suggests an analytical model to Investigate the rip-off failure load based on the stress states at the level of main reinforcements. The proposed model is relatively simple and produces very comparable results to the test data. It is believed that the proposed model can be successfully used to provide more information on the rip-off failure mechanisms and its prevention.
The current research on the wind resistance of standing seam metal roofs primarily focuses on the failure modes of the entire roof panel and the contact areas between the seams and supports, with little consideration given to the synergy between the roof seam reinforcements, the web, and the supports. As a result, the failure mechanisms of roof systems cannot be accurately represented. This paper, based on wind uplift tests and ABAQUS simulation modeling, provides a detailed analysis of the wind resistance and failure mechanisms of reinforced standing seam metal roof systems. The study reveals that the deformation and failure of the roof system under wind load can be divided into three stages: elastic deformation, plastic deformation, and failure. In the elastic deformation stage, the areas with higher stress are mainly distributed in the mid-span of the roof panels and along the ribs, where the roof stress remains below the material's yield strength, and the displacement at the roof panel seams is minimal. During the plastic deformation stage, as the load increases, significant vertical deformations appear in the roof panels, the lateral displacement at the seams gradually increases, and the stress growth is pronounced. Without reinforcement, the roof panel withstands a maximum wind pressure of 3.2 kPa, with a central vertical displacement of 109 mm, while the ultimate lateral displacement at the seams reaches 2.3 mm, resulting in unseating failure, marking the structural failure. With reinforcement, the roof panel can withstand a maximum wind pressure of 4.3 kPa, corresponding to a central vertical displacement of 122 mm. The growth of lateral displacement at the seams slows down, and the reinforcement significantly suppresses seam displacement. As the load continues to increase, the reinforcements and the web work synergistically, exhibiting reciprocating counterclockwise and clockwise rotations, with the maximum lateral displacement at the seams increasing to 3.05 mm. Ultimately, unseating occurs at the roof panel seams or tearing at the web. Therefore, the reinforcement system significantly enhances the wind resistance of the roof system, providing theoretical guidance for wind-resistant design in roofing engineering.
In this study, reinforced dual concrete beam (RDC beam) composed of steel fiber reinforced concrete (SFRC) in the tension part and normal strength concrete (NSC) in the compression and remaining part is proposed. It is the epochal structural system that improves the overall structural performances of beam by partially superseding the steel fiber reinforced concrete in the lower tension part of conventional reinforced concrete beam (RC beam). Flexural and shear tests are performed to prove the structural excellence of RDC beam in comparison with RC beam. An analytical method is proposed to understand the flexrual behavior and is compared to experimental results. And for shear behavior, experimental results are compared to empirical equations predicting the ultimate shear strength of full-depth fiber reinforced concrete beam to examine the behavior of RDC beam under shear. From this studies, it is proved that RDC beam has more superior structural performance than RC beam, and the analytical method for flexural behavior agrees well with experimental results, and the partial-depth fiber reinforcements have no noticeable effect on ultimate shear strength but it is considerably effective to control and prevent evolutions of crack.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.4
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pp.18-29
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2013
A new precast concrete (PC) beam and column connection system using non-prestressed wire strands was recently developed. The system is composed of one unit of two-storied PC-column and PC-beams with U-shaped ends. The connection part of the column and beams is reinforced by deformed bars and non-prestressed wire strands in combination for the improvement of workability. Structural performance of this system was verified by several experimental studies. The purpose of this study is developing a design concept of the beam reinforced by deformed bars and non-prestressed wire strands in combination, in terms of the cross-sectional analysis, based on the preceded experiment. A minimum and maximum reinforcement ratio and the calculation formula for the strength of flexural member reinforced by reinforcements having different yield strengths are derived based on KBC2009. Under consideration existing research results for the application of high strength reinforcement bars, the design yield strength of the non-prestressed wire strand is suggested. An example for the cross section design, satisfying the serviceability requirements, demonstrates the applicability of the design concept developed in the study.
Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) is one of the composite materials, which has a unique property that is lightweight but strong. The CFRPs are widely used in various industries where their unique characteristics are required. In particular, electric and unmanned aerial vehicles critically need lightweight parts and bodies with sufficient mechanical strengths. Vehicles using the battery as a power source should simultaneously meet two requirements that the battery has to be safely protected. The vehicle should be light of increasing the mileage. The CFRP has considered as the one that satisfies the requirements and is widely used as battery housing and other vehicle parts. On the other hand, in the battery area, carbon fibers are intensively tested as battery components such as electrodes and/or current collectors. Furthermore, using carbon fibers as both structure reinforcements and battery components to build a structural battery is intensively investigated in Sweden and the USA. This mini-review encompasses recent research trends that cover the classification of structural batteries in terms of functionality of carbon fibers and issues and efforts in the battery and discusses the prospect of structural batteries.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.262-269
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2021
This paper conducts an evaluation of the structural performance of the lap splice detail of SD700 headed bar experiment for developing an RC beam with different depths joint details. The experiment variable is lap splice length, yield strength, and end anchorage of main reinforcements. For all specimens, a headed bar was applied to the main reinforcement of the beam with low depth (B2), and the beam with high depth (B1) was applied to the main reinforcement with two splice methods: straight headed bar and 90° hooked-headed bar. The experimental results were that specimens of applying SD500 and SD600 had the results of flexural fracture at the lap splice location, which maximum load was similar. For specimens of appling SD500, the 90° hooked-headed bar of B1, suppressed horizontal cracks in the lap splice section compared to the straight headed bar. Specimens of applying an SD 700 headed bar had the results of brittle anchorage failure. In addition, maximum load was increased with the lap splice length increasing. For specimens of applying SD700 headed bar, test for test maximum load/theoretical load for test development length/design development length were estimated to be 1.30~1.48 for the ACI 318-19 equation, and 1.14~1.30 for the KDS-2021 equation. Thus, ACI 318-19 equation had conservatively greater safety factors as estimated development lengththened.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.6
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pp.697-702
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2017
A preliminary study was carried out to investigate the feasibility of replacing honeycomb cores with pyramidal truss cores in the doors of urban transit railway vehicles. The doors in current operation are sandwich structures comprising a honeycomb core and reinforcements between two facesheets. The structural requirements of doors for urban transit vehicle are specified in the KRS and KRT and standards, according to which the deflections from three-point bending tests must be limited. To this end, two types of pyramidal truss cores with equivalent mass to a honeycomb core were designed. The structural stiffness of doors with pyramidal truss cores and honeycomb cores were numerically calculated via finite element analysis. The three-point bending models were constructed and simulated, and then the calculated deflections were compared with the requirements specified in the regulations. The results show that doors with pyramidal truss cores satisfied the stiffness requirements, although their deflections were 2.5% larger than that of the honeycomb cores. Therefore, the pyramidal truss cores could replace the aluminum honeycomb cores, and their multi-functional capability could be exploited.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.2
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pp.56-65
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1999
The relationship of the winding process variables and the mechanical properties of filament wound composites is investigated experimentally. The winding process variables considered are the fiber tensions and the fiber ends. The filament wound ring specimens are fabricated using 3-axis controlled filament winding machine. Two types of carbon fibers, TZ-507 and IZ-40, are used as reinforcements and epoxy for filament winding is used as resin. During the winding process, the fiber tensions are varied from 0.5kgf to 3.0kgf, and the number of the fiber ends are varied from 1 to 6. The fiber volume fractions and the void contents for the ring specimens are measured through the resin digestion. The mechanical properties of the ring specimens are also evaluated by the split disk test. The test results show that the winding process variables affect the fiber volume fractions and the void contents of the ring specimens, which result in the variation of the tensile properties of the ring specimens. Therefore, suitable winding process variables should be applied to maximize the structural performance and the productivity for filament wound structures.
Three-dimensional panels are one of the modern construction systems which can be placed in the category of industrial buildings. There have always been a lot of studies and efforts to identify the behavior of these panels and improve their capacity due to their earthquake resistance and high speed of performance. This study will provide a comparative evaluation of behavior of updated three-dimensional panel's structural components under lateral load in both independent and dependent modes. In fact, this study tries to simultaneously evaluate strengthening effect of three-dimensional panels and the effects of system state (independent, L-shaped and BOX shaped Walls) with reinforcement armatures with different angles on the three-dimensional panels. Overall, six independent wall model, L-shaped, roofed L-shaped, BOX-shaped walls with symmetric loading, BOX -shaped wall with asymmetrical loading and roofed BOX-shaped wall were built. Then the models are strengthened without strengthened reinforcement and with strengthened reinforcements with an angle of 30, 45 and 60 degrees. The applied lateral loading, is exerted by changing the location on the end wall. In BOX-shaped wall, in symmetric and asymmetric loading, the load bearing capacity will be increased about 200 and 50% respectively. Now, if strengthened, the load bearing capacity in symmetric and asymmetric loading will be increased 3.5 and 2 times respectively. The effective angle of placement of strengthened reinforcement in the independent wall is 45 and 60 degrees. But in BOX-shaped and L-shaped walls, the use of strengthened reinforcement 45 degrees is recommended.
In this study, in order to propose an efficient model to predict the torque capacity of steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams, the existing experimental data related to torsional response of beams is reviewed. It is observed that existing data neglects the effects of some parameters on the variation of torque capacity. Thus, an experimental research was also conducted to obtain the effects of neglected parameters. In the experimental study, a total of seventeen SFRC beams are tested against torsion. The parameters considered in the experiments are concrete compressive strength, steel fiber aspect ratio, volumetric ratio of steel fibers and longitudinal reinforcement ratio. The effect of each parameter is discussed in terms of torque versus unit angle of twist graphs. The data obtained from this experimental research is also combined with the data got from previous studies and employed in artificial neural network (ANN) analysis to estimate the ultimate torque capacity of SFRC beams. In addition to parameters considered in the experiments, aspect ratio of beam cross-section, yield strengths of both transverse and longitudinal reinforcements, and transverse reinforcement ratio are also defined as parameters in ANN analysis due to their significant effects observed in previous studies. Assessment of the accuracy of ANN analysis in estimating the ultimate torque capacity of SFRC beams is performed by comparing the analytical and experimental results. Comparisons are conducted in terms of root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE) and coefficient of efficiency ($E_f$). The results of this study revealed that addition of steel fibers increases the ultimate torque capacity of reinforced concrete beams. It is also found that ANN is a powerful method and a feasible tool to estimate ultimate torque capacity of both normal and high strength concrete beams within the range of input parameters considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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