Stress-strain models of fibre reinforced polymer (FRP) confined concrete have been widely investigated; however, the existing load which is always supported by structures during the retrofitting phase, namely 'preload', has been neglected. Thus, preload effects should be clarified, providing insightful information for FRP retrofitting of structures with preload conditions. Towards this aim, experiments were performed for 27 cylinder concrete specimens with the diameter 150 mm and the height 300 mm. Three specimens were used to test the compressive strength of concrete to compute the preloads 20%, 30% and 40% of the average strength of these specimens. Other 24 specimens were divided into 2 groups; each group included 4 subgroups. Four subgroups were subjected to the above preloads and no preload, and were then wrapped by 2 FRP layers. Similar designation is applied to group 2, but wrapped by 3 FRP layers. All specimens were tested under axial compression to failure. Explosive failure is found to be the characteristic of specimens wrapped by FRP. Experimental results indicated that the preload decreases 12-13% the elastic and second stiffness of concrete specimens wrapped by 2 FRP layers. The stiffness reduction can be mitigated by the increase of FRP layers. Preload negligibly reduces the ultimate force and unclearly affects the ultimate displacement probably due to complicated cracks developed in concrete. A mechanism of preload effects is presented in the paper. Finally, to take into account preload effects, a modification of the widely used model of un-preload FRP confined concrete is proposed and the modified model demonstrated with a reasonable accuracy.
The relationships between evolution of microstructure and mechanical properties of porous Al-3Si-2Mg-2Cu alloy after the foaming and various heat treating were investigated. The foamed alloy having various densities were manufactured by powder compact foaming and heat treated. Then compression test was performed with deformation rate of 0.5/s. The ultimate compression strength was not changed after solution heat treatment but the flow curve after ultimate strength showed very smooth and uniform plateau region. This change of flow curve means that the deformation mechanism is altered from brittle fracture to ductile deformation and the energy absorption property of Al foam is dramatically improved. The improvement of energy absorption without any detriment of mechanical properties is due to that the very brittle precipitation like Al-Cu and Al-Mg was uniformly dissolved in Al matrix after solution heat treatment. And various mechanical properties of Al alloy porous material were improved by 40% with aging of $200^{\circ}C$ and 50min. These improvements are ascribe to the various fine precipitates like $\Omega$ and $\theta$'.
Huang, Zhenyu;Huang, Xinxiong;Li, Weiwen;Mei, Liu;Liew, J.Y. Richard
Steel and Composite Structures
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제31권1호
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pp.69-83
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2019
This paper investigates the structural behavior of very high strength concrete encased steel composite columns via combined experimental and analytical study. The experimental programme examines stub composite columns under pure compression and eccentric compression. The experimental results show that the high strength encased concrete composite column exhibits brittle post peak behavior and low ductility but has acceptable compressive resistance. The high strength concrete encased composite column subjected to early spalling and initial flexural cracking due to its brittle nature that may degrade the stiffness and ultimate resistance. The analytical study compares the current code methods (ACI 318, Eurocode 4, AISC 360 and Chinese JGJ 138) in predicting the compressive resistance of the high strength concrete encased composite columns to verify the accuracy. The plastic design resistance may not be fully achieved. A database including the concrete encased composite column under concentered and eccentric compression is established to verify the predictions using the proposed elastic, elastoplastic and plastic methods. Image-oriented intelligent recognition tool-based fiber element method is programmed to predict the load resistances. It is found that the plastic method can give an accurate prediction of the load resistance for the encased composite column using normal strength concrete (20-60 MPa) while the elastoplastic method provides reasonably conservative predictions for the encased composite column using high strength concrete (60-120 MPa).
The high strength materials have been more widely used in reinforced concrete structures because of the benefits of the mechanical and durable properties. Generally, it is known that the ductility decreases with an increase in the strength of the materials. In the design of a reinforced concrete beam, both the flexural strength and ductility need to be considered. Especially, when a reinforced concrete structure may be subjected an earthquake, the members need to have a sufficient ductility. So, each design code has specified to provide a consistent level of minimum flexural ductility in seismic design of concrete structures. Therefore, it is necessary to assess accurately the ductility of the beam sections with high strength materials in order to ensure the ductility requirement in design. In this study, the effects of concrete strength, yield strength of reinforcement steel and amount of reinforcement including compression reinforcement on the complete moment-curvature behavior and the curvature ductility factor of doubly reinforcement concrete beam sections have been evaluated and a newly prediction formula for curvature ductility factor of doubly RC beam sections has been developed considering the stress of compression reinforcement at ultimate state. Based on the numerical analysis results, the proposed predictions for the curvature ductility factor are verified by comparisons with other prediction formulas. The proposed formula offers fairly accurate and consistent predictions for curvature ductility factor of doubly reinforced concrete beam sections.
A rational three-dimensional nonlinear finite element model is described and implemented for evaluating the behavior of high strength concrete slabs under transverse load. The concrete was idealized by using twenty-nodded isoparametric brick elements with embedded reinforcements. The concrete material modeling allows for normal (NSC) and high strength concrete (HSC), which was calibrated based on experimental data. The behavior of concrete in compression is simulated by an elastoplastic work-hardening model, and in tension a suitable post-cracking model based on tension stiffening and shear retention models are employed. The nonlinear equations have been solved using the incremental iterative technique based on the modified Newton-Raphson method. The FE formulation and material modeling is implemented into a finite element code in order to carry out the numerical study and to predict the behavior up to ultimate conditions of various slabs under transverse loads. The validity of the theoretical formulations and the program used was verified through comparison with available experimental data, and the agreement has proven to be very good. A parametric study has been also carried out to investigate the influence of different material and geometric properties on the behavior of HSC slabs. Influencing factors, such as concrete strength, steel ratio, aspect ratio, and support conditions on the load-deflection characteristics, concrete and steel stresses and strains were investigated.
Rahman, Mahmudur;Okui, Yoshiaki;Anwer, Muhammad Atif
국제강구조저널
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제18권4호
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pp.1397-1409
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2018
Stiffened plates with high slenderness parameters show large out-of-plane deflections, due to elastic buckling, which may occur before the plates reach their ultimate strength. From a serviceability point of view, restriction of out-of-plane deflections exceeding the fabrication tolerance is of primary importance. Compressive strength at the serviceability limit state (SLS) for slender stiffened plates under uniaxial stress was investigated through nonlinear elasto-plastic finite element analysis, considering both geometric and material nonlinearity. Both normal and high-performance steel were considered in the study. The SLS was defined based on a deflection limit and an elastic buckling strength. Probabilistic distributions of the SLS strengths were obtained through Monte Carlo simulations, in association with the response surface method. On the basis of the obtained statistical distributions, partial safety factors were proposed for SLS. Comparisons with the ultimate strength of different design codes e.g. Japanese Code, AASHTO, and Canadian Code indicate that AASHTO and Canadian Code provide significantly conservative design, while Japanese Code matches well with a 5% non-exceedance probability for compressive strength at SLS.
선체의 갑판부와 선저부 그리고 해양구조물의 기본적인 구조는 보강판이다. 보강판넬은 한쪽방향으로 위치한 보강재 혹은 종/횡 방향으로 복잡하게 위치한 구조를 이루고 있으며, 후자의 모델을 그릴리지 구조라고 부른다 선체구조설계 단계에서 선박의 종강도 평가는 가장 중요한 항목이다. 일반적으로, 극심한 해상상태에 놓인 선박의 선저부에는 호깅조건에 의해 발생되는 횡모멘트에 기인하여 압축하중이 작용하게 되며, 이와 동시에 수압하중 작용으로 인한 국부휭모멘트가 작용된다. 본 논문에서는, 구조해석 결과의 검증을 위해서 여러 가지 해석프로그램 및 현재 사용되고 있는 선급룰과의 비교를 하여 횡하중의 영향에 따른 압축최종강도에 대해 분석하고, 여러 가지 설계변수를 변화하여, 각각의 영향을 검토하고, 최종적으로 조합하중 조건에서의 횡하중의 영향에 대해서 분석하였다. 본 연구에서 얻어진 결과들은 최종한계상태설계법에 기반을 두고, 조합하중이 작용하는 선체보강판의 구조강도 거동에 대해서 하중성분에 대한 관계를 고찰하였다.
기존의 많은 연구에서 비구속 콘크리트에 비해 FRP로 구속된 콘크리트는 강도 및 연성의 탁월한 증진 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 그러나, FRP로 구속된 콘크리트에 대한 보강 설계 시 구속 효과에 의한 정확한 평가가 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 FRP로 구속된 콘크리트의 강도 및 변형률을 예측하고자 하였다. 이를 위해서 102개의 실험체를 제작하여 일축압축실험을 수행하였으며 축하중, 축방향 변형률 및 횡방향 변형률을 측정하였다. 또한, 보다 정확한 극한응력과 변형률 예측식을 개발하기 위하여 기존 연구 결과를 이용하였다. 본 연구에서는 FRP로 구속된 콘크리트의 압축강도 실험을 통해 강도 및 변형률 예측 모델을 제안하였다. 제안된 식은 기존의 설계식에 비해 극한응력과 파괴 변형률을 보다 정확하게 예측하였다. 결과적으로, 본 연구에서 제안된 식은 구속된 콘크리트의 보수 보강을 위한 응력-변형률 모델에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
최근에는 고장력강의 사용증대와 함께 구조부재가 경량화추세에 있으며 이상부식이 발생한 구조부재는 강도가 크게 저하되리라 예상되지만 지금까지 이에 관한 연구가 거의 없는 상태이다. 본 연구에서는 단소성대변형유한요소법을 적용하여 국부이상부식을 가진 판이 면내압축하중을 받을 경우에 압축최종강도에 미치는 부식부영역의 크기. 부식부의 판두께 감소량 및 세장비의 영향에 대하여 연구하였다.
면외로 적절히 구속되어 있는 아치의 극한강도는 소성 휨모멘트와 면내 연구는 압축력을 받는 고정지점 포물선 아치의 면내 좌굴 거동과 강도에 관한 연구를 수행하고, 압축력과 휨모멘트를 받는 고정지점 포물선 아치로 연구를 확장하였다. 본 연구 결과 한계 세장비를 제안하여 아치의 좌굴 모드를 구분하는 방법을 제안하였으며, 직선기둥의 좌굴곡선을 이용하여 압축력을 받는 고정지점 포물선 아치의 극한하중을 평가하였다. 마지막으로 직선 부재의 보-기둥 연성식을 수정하여 고정지점을 갖는 포물선 아치에 적용하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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