Hosseinnejad, Hossein;Lotfollahi-Yaghin, Mohammad Ali;Hosseinzadeh, Yousef;Maleki, Ahmad
Earthquakes and Structures
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v.23
no.3
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pp.221-229
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2022
The external post-tension technique is one of the best strengthening methods for reinforcement and improvement of the various steel structures and substructure components such as beams. In the present work, the load carrying capacity of the post-tensioned tapered steel beams with external shape memory alloy (SMA) tendons are studied. 3D nonlinear finite element method with ABAQUS software is used to determine the effects of the increase in the flexural strength, and the improvement of the load carrying capacity. The effect of the different parameters, such as geometrical characteristics and the post-tension force applied to the tendons are also studied in this research. The results reveal that the external post-tension with SMA tendons in comparison with the steel tendons causes a significant improvement of the loading capacity. According to this, using SMA tendon for the reinforcement of the tapered beams causes a decrease in weight of these structures and as a consequence causes economic benefits for their application. This method can be used extensively for steel beams due to low executive costs and simplicity of the operation for post-tension.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
A restraint coefficient for creep and dry shrinkage deformation of concrete in a composite section was derived to calculate the residual stress, and an equation for the loss rate of the pre-compression force was proposed. The derived restraint coefficient was computed by using the transformed section properties for the age-adjusted effective modulus of elasticity. The long-term behavior of complicate composite sections could be analyzed easily with the restraint coefficient. The articles of the current design code was examined for PSC and steel composite sections. The dry shrinkage strains of $150 ~ 200$\times$10^{-6}$ for the computations of the statically indeterminate force and the expansion joint could be under-estimated for less restrained sections such as the reinforced concrete. The dry shrinkage strain of $180$\times$10^{-6}$ for the computation of residual stress in the steel composite section was unreasonably less value. The loss rate of 16.3% of the design code for the PSC composite section in this study was conservative for the long-term deformation of the ACI 205 but could not be used safely for that of the Eurocode 2. For pre-compressed concrete slab in the steel composite section, the loss rate of prestressed force with low strength reinforcement was much larger than that with high strength tendon. The loss rate of concrete pre-compression increased, while that of pre-tension decreased due to the restraint of the steel girder.
Hong, Yoon No Gregory;Jeong, Jiyoung;Kim, Pankwon;Shin, Choongsoo S.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.3
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pp.153-160
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2017
Gait analysis has been conducted in various environments, but the biomechanics during the transition from uphill walking to downhill walking have not been reported. The purpose of this study is to investigate the knee and ankle joint kinematics and kinetics during walking on a triangle-shaped slope compared with those during level walking. Kinematic and kinetic data of eighteen participants were obtained using a force plate and motion capture system. The greater peak ankle dorsiflexion angle and moment and the peak knee extension moment were observed (p<0.05) during both uphill and downhill walking on the triangle-shaped slope. In summary, uphill walking on a triangle-shaped slope, which showed a peak knee flexion of more than $50^{\circ}$ with greater peak knee extension moment, could increase the risk of patellofemoral pain syndrome. Downhill walking on a triangle-shaped slope, which involved greater ankle dorsiflexion excursion and peak ankle dorsiflexion, could cause gastrocnemius muscle strain and Achilles tendon overuse injury.
Kim, Hong Rae;Kim, Sung Chun;Kim, Kwang Gi;Kim, Young-Woo
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.34
no.3
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pp.141-147
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2013
Ultrasonic shears is currently in wide use as an energy device for minimal invasive surgery. There is an advantage of minimizing the carbonization behavior of the tissue due to the vibrational energy transfer system of the transducer by applying a piezoelectric ceramic. However, the vibrational energy transfer system has a pitfall in energy consumption. When the movement of the forceps is interrupted by the tissue, the horn which transfers the vibrational energy of the transducer will be affected. A study was performed to recognize different tissues by measuring the impedance of the transducer of the ultrasonic shears in order to find the factor of energy consumption according to the tissue. In the first stage of the study, the voltage and current of the transducer connecting portion were measured, along with the phase changes. Subsequently, in the second stage, the impedance of the transducer was directly measured. In the final stage, using the handpiece, we grasped the tissue and observed the impedance differences appeared in the transducer To verify the proposed tissue distinguishing method, we used the handpiece to apply a force between 5N and 10N to pork while increasing the value of the impedance of the transducer from 400 ${\Omega}$.. It was found that fat and skin tissue, tendon, liver and protein all have different impedance values of 420 ${\Omega}$, 490 ${\Omega}$, 530 ${\Omega}$, and 580 ${\Omega}$, respectively. Thus, the impedance value can be used to distinguish the type of tissues grasped by the forceps. In the future study, this relationship will be used to improve the energy efficiency of ultrasonic shears.
Kim, Sun-Hee;Lee, Seng-Hoo;Park, Joon-Seok;Cheon, Jinuk;Yoon, Soon-Jong
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.8-16
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2015
Prestressed concrete (PSC) is a method in which prestressed tendon is placed inside and/or outside the reinforced concrete member and the compressive force applied to the concrete in advance to enhance the engineering properties of concrete member which is weak under tension. In this paper we suggested the precast PSC girder assembled with segments of portable size and weight at the factory. The segments of precast PSC girder will be delivered and assembled as a unit of PSC girder at the site. Consequently, we suggested new-type of precast segmented PSC girder with different shapes of segment cross-section (i.e., I-shape, Box-shape). To mitigate the problems associated with the field splice between the segments of precast PSC girder anchor system is attached near the neutral axis of the girder and relatively uniform compression throughout the girder cross-section is applied. Prior to the experimental investigation, analytical investigation on the structural behavior of precast PSC girder was performed and the serviceability (deflection) and safety (strength) of the girder were confirmed. In addition, 4-point bending test on the girder was conducted to investigate the structural performance under bending. From the experimental investigation, it was found that the precast PSC girder spliced with 3 and 5 segments has sufficient in serviceability and safety conditions and it was also observed that the point where the segments spliced has no defects and the girder behaves as a unit.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.4
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pp.1-13
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1993
In design of prestressed concrete structures, structural analysis is performed normally several times for selection of adequate sectional dimension and tendon amount. Especially for precast segmental multi-span bridges. time consuming structural analysis process due to time dependent material properties and structural system change could be effectively reduced by use of a reduced-span bridge model. 5-span and 3-span bridges are selected as reduced-span models for the 10-span full bridge to investigate the acceptability in practical design. The analytical results of deflection, total moment, statical moment, and ultimate moment of the reduced span-models are compared with those of the 10-span full bridge. Application of the load factors to structural analysis for ultimate moment calculation in prestressed concrete is reviewed and a rational method is proposed.
This paper describes the application of discretized continuum-type optimality criteria (DCOC) and the development of optimum design program for the multispan partially prestressed concrete beams. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, prestressing steel, non-prestressing steel and formwork is minimized. The design constraints include limits on the maximum deflection, flexural and shear strengths, in addition to ductility requirements, and upper and lower bounds on design variables as stipulated by the design Code. Based on Kuhn-Tucker necessary conditions, the optimality criteria are explicitly derived in terms of the design variables-effective depth, eccentricity of prestressing steel and non-prestressing steel ratio. The prestressing profile is prescribed by parabolic functions. The self-weight of the structure is included in the equilibrium equation of the real system, as is the secondary effect resulting from the prestressing force. An iterative procedure and computer program for updating the design variables are developed. Two numerical examples of multispan PPC beams with rectangular cross-section are solved to show the applicability and efficiency of the DCOC-based technique.
The load transfer depth of a ground anchor is the minimum length required to transfer the initial prestressing to the grout column through the bonded part. A thorough understanding of the mechanism of load transfer as well as accurate prediction of the load transfer depth are essential for designing an anchorage that has an adequate factor of safety and satisfies implicit economic criteria. In the current research, experimental and numerical studies were conducted to investigate the load transfer mechanism of ground anchors based on a series of laboratory and field load tests. Optical FBG sensors embedded in the central king cable of a seven-wire strand were successfully employed to monitor the changes in tensile force and its distribution along the tendons. Moreover, results from laboratory and in-situ pullout tests were compared with those from equivalent case studies simulated using the finite difference method in the FLAC 3D program. All the results obtained from the two proposed methods were remarkably consistent with respect to the load increments. They were similar not only in trend but also in magnitude and showed more consistency at higher pullout loading stages, especially the final loading stage. Furthermore, the estimated load transfer depth demonstrated a pronounced dependency on the surrounding ground condition, being shorter in hard ground conditions and longer in weaker ones. Finally, considering the safety factor and cost-effective design, the required bonded length of a ground anchor was formulated in terms of the load transfer depth.
Two series of experiments on the performance of beam-column joints in High-Strength Reinforced concrete frames were carried out. Main experimental parameters were : concrete strength, column axial load and amount of joint hoop reinforcement. Test result showed that the ultimate shear strength of exterior joints increased of column axial compressive force and the amount of the joint hoop reinforcements. Through the regression analysis on the 24data, the following equation is obtained $jv_u=(2.935{\times}10-3\;{\rho}jw{\cdot}fy\;+\;0.365){\sqrt{f_{ck}}}$
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[게시일 2004년 10월 1일]
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