In order to investigate the dynamic impact resistance of steel fiber reinforced full light-weight concretes, we implemented drop weight impact test on a total of 6 reinforced beams with 0, 1 and 2%, steel fiber volume fraction. The purpose of this test was to determine the failure modes of beams under different impact energies. Then, we compared and analyzed the time-history curves of impact force, midspan displacement and reinforcement strain. The obtained results indicated that the deformations of samples and their steel fibers were proportional to impact energy, impact force, and impact time. Within reasonable ranges of parameter values, the effects of impact size and impact time were similar for all volumetric contents of steel fibers, but they significantly affected the crack propagation mechanism and damage characteristics of samples. Increase of the volumetric contents of steel fibers not only effectively reduced the midspan displacement and reinforcement strain of concrete samples, but also inhibited crack initiation and propagation such that cracks were concentrated in the midspan areas of beams and the frequency of cracks at supports was reduced. As a result, the tensile strength and impact resistance of full light-weight concrete beams were significantly improved.
Deep excavation may have impact on the adjacent tunnels. It is obvious that the excavation will adversely affect and even damage the existing tunnels if the induced deformation exceeds the capacity of tunnel structures. It hence creates a high necessity to predict tunnel displacement induced by nearby excavation to ensure the safety of tunnel. In this paper, a simplified method to evaluate the heave of the underlying tunnel induced by adjacent excavation is presented and verified by field measurement results. In the proposed model, the tunnel is represented by a series of short beams connected by tensile springs, compressional springs and shear springs, so that the rotational effect and shearing effect of the joints between lining rings can be captured. The proposed method is compared with the previous modelling methods (e.g., Euler-Bernoulli beam, a series of short beams connected only by shear springs) based on a field measured longitudinal deformation of subway tunnels. Results of these case studies show a reasonable agreement between the predictions and observations.
Adobe is one of the oldest construction materials that is still used in many seismic countries, and different construction techniques are found around the world. The adobe material is characterized as a brittle material; it has acceptable compression strength but it has poor performance under tensile and shear loading conditions. Numerical modelling is an alternative approach for studying the nonlinear behaviour of masonry structures such as adobe. The lack of a comprehensive experimental database on the adobe material properties motivated the study developed here. A set of a reference material parameters for the adobe were obtained from a calibration of numerical models based on a quasi-static cyclic in-plane test on full-scale adobe wall representative of the typical Peruvian adobe constructions. The numerical modelling, within the micro and macro modelling approach, lead to a good prediction of the in-plane seismic capacity and of the damage evolution in the adobe wall considered.
Zhu, Hai Y.;Deng, Jin G.;Zhao, Jun;Zhao, Hu;Liu, Hai L.;Wang, Teng
Computers and Concrete
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v.14
no.1
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pp.91-107
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2014
Using the principle of damage mechanics, zero-thickness pore pressure cohesive elements (PPCE) are used to simulate the casing-cement interface (CCI) and cement-rock interface (CRI). The traction-separation law describes the emergence and propagation of the PPCE. Mohr-coulomb criteria determines the elastic and plastic condition of cement sheath and rock. The finite element model (FEM) of delamination fractures emergence and propagation along the casing-cement-rock (CCR) interfaces during hydraulic fracturing is established, and the emergence and propagation of fractures along the wellbore axial and circumferential direction are simulated. Regadless of the perforation angle (the angle between the perforation and the max. horizontal principle stress), mirco-annulus will be produced alonge the wellbore circumferential direction when the cementation strength of the CCI and the CRI is less than the rock tensile strength; the delamination fractures are hard to propagate along the horizontal wellbore axial direction; emergence and propagation of delamination fractures are most likely produced on the shallow formation when the in-situ stresses are lower; the failure mode of cement sheath in the deep well is mainly interfaces seperation and body damange caused by cement expansion and contraction, or pressure testing and well shut-in operations.
Yun, Gun-Jin;Harmon, Thomas G.;Dyke, Shirley J.;So, Migeum
Computers and Concrete
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v.5
no.3
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pp.217-241
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2008
In this paper, a total strain-based hysteretic material model based on MCFT is proposed for non-linear finite element analysis of reinforced concrete structures. Although many concrete models have been proposed for simulating behavior of structures under cyclic loading conditions, accurate simulations remain challenging due to uncertainties in materials, pitfalls of crude assumptions of existing models, and limited understanding of failure mechanisms. The proposed model is equipped with a fully generalized hysteresis rule and is formulated for 2D plane stress non-linear finite element analysis. The proposed model has been formulated in a tangent stiffness-based finite element scheme so that it can be used for most general finite element analysis packages. Moreover, it eliminates the need to check that tensile stresses can be transmitted across a crack. The tension stiffening model is a function of the bar orientation and any orientation can be accommodated. The proposed model has been verified with a series of experimental results of 2D RC planar panels. This study also demonstrates how parameters of the proposed model associated with cyclic damage modeling influences the pinched cyclic shear behavior.
An efficient, economical and practical strengthening method for hollow brick infill walls was proposed and investigated in the present study, experimentally and numerically. This method aims at increasing the overall lateral strength and stiffness of the structure by increasing the contribution of the infill walls and providing the non-bearing components of the structure with the capability of absorbing earthquake-induced energy to minimize structural damage during seismic excitations. A total of eleven full-scale infill walls strengthened with expanded mild steel plates were tested under diagonal monotonic loading to simulate the loading condition of the non-bearing walls during an earthquake. The contact surface between the plates and the wall was increased with the help of plaster. Thickness of the plates bonded to both faces of the wall and the spacing of the bolts were adopted as test parameters. The experiments indicated that the plates were able to carry a major portion of the tensile stresses induced by the diagonal loads and provided the walls walls with a considerable confining effect. The composite action attained by the plates and the wall until yielding of the bolts increased the load capacities, rigidities, ductilities and energy-absorption capacities of the walls, considerably.
Concrete filled steel tubes are extensively applied in engineering structures due to their resistance to high tensile and compressive load and convenience in construction. But one major flaw, their vulnerability to environmental attack, can severely reduce the strength and life of these structures. Degradation due to corrosion of steel confining the concrete is one of the major durability problems faced by civil engineers to maintain these structures. The problem accelerates as inner surface of steel tube is in contact with concrete which serves as electrolyte. If it remains unnoticed, it further accelerates and can be catastrophic. This paper discusses a non-destructive degradation monitoring technique for early detection corrosion in steel tubes in CFST members. Due to corrosion, damage in the form of debonding and pitting occurs in steel sections. Guided ultrasonic waves have been used as a feasible and attractive solution for the detection and monitoring of corrosion damages in CFST sections. Guided waves have been utilized to monitor the effect of notch and debond defects in concrete filled steel tubes simulating pitting and delamination of steel tubes from surrounding concrete caused by corrosion. Pulse transmission has been used to monitor the healthy and simulated damaged specimens. A methodology is developed and successfully applied for the monitoring of concrete filled steel tubular sections undergoing accelerated chloride corrosion. The ultrasonic signals efficiently narrate the state of steel tube undergoing corrosion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.8
s.239
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pp.1085-1092
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2005
The OHT(Over Head Transportation) Vehicle transports heavy products quickly and repeatedly at the industrial workplace. The belt in the OHT vehicle is used to support the weight of the OHT Cage. The fatigue of the belt is caused by the dynamic load during the operation time. Since the fatigue fracture of the belt affects the safety at the workplace, the correct prediction of the dynamic load is necessary to calculate the fatigue life of the belt on the design step. In this paper a computer aided analysis method is proposed for the belt in the early design stage using dynamic analysis, stress analysis, belt tensile test, belt fatigue test and fatigue lift prediction method. From the dynamic load time histories and the stress of the belt FE model, a dynamic stress time history is produced. Using linear damage law and cycle counting method, fatigue life cycle is calculated. The method developed in this paper is used to reduce the time and cost for designing the OHT belt in different environment and condition.
In this paper, to access the suitability of recycled aggregate for structural applications, concrete strength i.e., compressive, tensile and flexural strength were evaluated and compared with those specimens made of natural aggregates. Test results indicated that 30 to 42% of the mentioned strength decreases. To study the performance of frame structures made of recycled aggregate concrete (RAC) two reinforced RAC frames were prepared and tested under monotonic loading. The joint regions of one of the RAC frame were casted with micro-concrete. A reference specimen was also prepared using natural aggregate concrete (NAC) and subjected to a similar loading condition. The RAC frame resulted in a brittle mode of failure as compared to NAC frame. However, the presence of a micro-concrete at the joint region of an RAC frame improved the damage tolerance and load resisting capacity. Seismic parameter such as energy dissipation, ductility and stiffness also improves. Conclusively, strengthening of joint region using micro-concrete is found to have a significant contribution in improving the seismic performance of an RAC frame.
Smart sensors and actuators have recently been developed. In this study, first, small-diameter fiber Bragg grating (FBG) sensors developed by the author, whose cladding and polyimide coating diameters were 40 and $52{\mu}m$, respectively, were embedded inside a laminate without resin-rich regions around sensors and the deterioration of mechanical properties of the composite laminate. The small-diameter FBG sensor was embedded in $0^{\circ}$ ply of a CFRP laminate for the detection of transverse cracks in $90^{\circ}$ ply of the laminate. The reflection spectra from the FBG sensor were measured at various tensile stresses. The spectrum became broad and had some peaks with an increase of the transverse crack density. Furthermore, the theoretical calculation reproduced the change in the spectrum very well. These results show that the small-diameter FBG sensors have a potential to detect the occurrence of transverse cracks through the change in the form of the spectrum, and to evaluate the transverse crack density quantitatively by the spectrum width. On the other hand, shape memory alloy (SMA) films were used to suppress the initiation and growth of transverse cracks in CFRP laminates. Pre-strained SMA films were embedded between laminas in CFRP laminates and then heated to introduce the recovery stress in SMA films and compressive stresses in the weakest plies ($90^{\circ}$ ply). The effects of recovery stresses are demonstrated in the experiments and well predicted using the shear-lag analysis and the nonlinear constitutive equation of SMA films.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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