Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.24-31
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2021
The soundproof tunnels have been generally designed with H-beam girders, and the high weight of H-beam may cause the excessive design of the substructure. To solve this problem, this paper proposes a new soundproof tunnel girder design composed of pipes and discontinuous plates. First, the structural behavior of the straight girder according to the design parameters was examined through finite element analysis. The arrangement and shape of the plates were determined as the design parameter, to obtain the optimal design of girder. After then, the structural behavior and buckling stability of the arched girder were subsequently evaluated. As a result of the parameter analysis, it was confirmed that the axial force acting on the girder increased and the moment decreased as the ratio of unsupported sections decreased or the number of supporting plates increased. The stress concentration on the pipe member was relieved by increasing the long axis length of the elliptical plate. Arched girder analysis showed that the structural efficiency increase as the long axis of elliptical plate increase. As a result of the buckling evaluation, the buckling threshold load of the three connected girders was about 3.7 times higher than the design load. Consequently, it was confirmed that the proposed soundproof tunnel structure design satisfies both light weight and structural safety.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.34
no.4
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pp.100-108
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2022
Three-dimensional FEM numerical analysis was performed to understand the behaviors of blocks and piles according to the horizontal load for the block breakwater combined with piles. The Modified Mohr-Coulomb model, the improved version of the Mohr-Coulomb model, was applied for the ground modeling. The cases when the pile is embedded only into the block, embedded to the riprap layer (H = 4.29 cm), and embedded to the ground down to 2H, 3H, and 4H were examined. The results of the laboratory model experiment and the numerical analysis showed similar horizontal resistance force-displacement behaviors. The pile showed rotational behavior up to the embedment depth of 1H~2H and bending behavior in the case of 3H~4H depth embedment. When the embedment depth of the pile is 3H or more, the pile shows a bending behavior, so it can be considered that the pile contributes significantly to the horizontal resistance of the block breakwater. The results of this study will be used for various numerical analyses for real-size structure design.
Kang-Han Hong;Byung-Il Kim;Young-Seon Kim;Jin-Hae Kim;Sang-Jae Han
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.22
no.3
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pp.11-25
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2023
In this study, the design and numerical analysis method of the inclined self-supported wall using cement treated soil were studied. In the case of the inclined self-supported wall, the active earth pressure decreased due to the decrease in the coefficient, Ka according to the slope (angle) and the weight decreasing effect, thereby increasing the overall stability. The wall with the slope caused a change in failure mode from overturning to sliding on the excavation side, and the optimal slope was evaluated to be about 10°. Compared to the strength reduction method, the overall stability in numerical analysis results in conservative results in limit equilibrium analysis, so it was found that this method should be attended when designing. As a result of the parameteric study, the stability on bearing capacity and compression failure did not significantly increase above the slope of 10° when the surcharge was small (about 20kPa or less). In the case of cohesion of the backfill, The results similar to numerical analysis were found to consider cohesion. It was evaluated that stability on sliding, oveturning, shear, and tension failure increases in proportion to the thickness of the wall, but there is no significant change in the stability on the bearing capacity and compressive failure regardless of the thickness of the wall above a certain angle (about 10°).
The CANDU element bowing is attributed to actions of both the thermally induced bending moments and the bending moment due to hydraulic drag and mechanical loads, where the bowing is defined as the lateral deflection of an element from the axial centerline. This paper consider only the thermally-induced bending moments which are generated both within the sheath and the fuel and sheath by an asymmetric temperature distribution with respect to the axis of an element The generalized and explicit analytical formula for the thermally-induced bending is presented in con-sideration of 1) bending of an empty tube treated by neglecting the fuel/sheath mechanical interaction and 2) fuel/sheath interaction due to the pellet and sheath temperature variations, where in each case the temperature asymmetries in sheath are modelled to be caused by the combined effects of (i) non-uniform coolant temperature due to imperfect coolant mixing, (ii) variable sheath/coolant heat transfer coefficient, (iii) asymmetric heat generation due to neutron flux gradients across an element and so as to inclusively cover the uniform temperature distributions within the fuel and sheath with respect to the axial centerline. As the results of the sensitivity calculations of the element bowing with the variations of the parameters in the formula, it is found that the element bowing is greatly affected relatively with the variations or changes of element length, sheath inside diameter, average coolant temperature and its variation factor, pellet/sheath mechanical interaction factor, neutron flux depression factor, pellet thermal expansion coefficient, pellet/sheath heat transfer coefficient in comparison with those of other parameters such as sheath thickness, film heat transfer coefficient, sheath thermal expansion coefficient and sheath and pellet thermal conductivities.
Underground construction such as tunneling can induce damages on the surrounding rock mass, due to the stress concentration of in situ stresses and excessive energy input during construction sequence, such as blasting. The developed damage on the rock mass can have substantial influence on the mechanical and hydraulic behaviors of the rock masses around a tunnel. In this study, investigation on the generation of damage around an opening in a jointed rock model under biaxial compression condition was conducted. The joint dip angles employed are 30, 45, and 60 degrees to the horizontal, and the synthetic rock mass was made using early strength cement and water. From the biaxial compression test, initiation and propagation of tensile cracks at norm to the joint angle were found. The propagated tensile cracks eventually developed rock blocks, which were dislodged from the rock mass. Furthermore, the propagation process of the tensile cracks varies with joint angle: lower joint angle model shows more stable and progressive tensile crack propagation. The development of the tensile crack can be explained under the hypothesis that the rock segment encompassed by the joint set is subjected to the developing moment, which can be induced by the geometric irregularity around the opening in the rock model. The experiment results were simulated by using discrete element method PFC 2D. From the simulation, as has been observed from the test, a rock mass with lower joint angle produces wider damage region and rock block by tensile cracks. In addition, a rock model with lower joint angle shows progressive tensile cracks generation around the opening from the investigation of the interacted tensile cracks.
Kim, Young-Ho;Jeong, Sang-Seom;Kim, Jeong-Hwan;Lee, Yang-Gu
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.23
no.6
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pp.37-51
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2007
In this study, pile load tests have been carried out to develop new P-y curves and then, to investigate the effects of pile rigidities on laterally loaded offshore drilled shafts in Incheon marine clay. This paper consists mainly of two parts: the first part, performance of a series of lateral load tests on small- and full-scale piles under one- and two-way loadings and the second part, comparison between the measured and predicted results by using O'Neill's and Matlock's clay models. Based on the results obtained, it is shown that relatively good agreements in bending moments and lateral displacements were obtained between the measured results using calculated P-y curves and predicted ones by O'Neill's and Matlock's clay models. The cases were considered with varying rigidity factors based on pile diameter, length and subgrade soil reaction. Through comparisons, it is found that soil P-y curve influences highly the behavior of flexible pile rather than that of rigid pile.
As a part of Load and Resistance Factor Design(LRFD) code development in Korea, in this paper an intensive reliability analysis was performed to evaluate reliability levels of the two static bearing capacity methods for driven steel pipe piles adopted in Korean Standards for Structure Foundations by the representative reliability methods of First Order Reliability Method(FORM) and Monte Carlo Simulation(MCS). The resistance bias factors for the two static design methods were evaluated by comparing the representative measured bearing capacities with the design values. In determination of the representative bearing capacities of driven steel pipe piles, the 58 data sets of static load tests and soil property tests were collected and analyzed. The static bearing capacity formula and the Meyerhof method using N values were applied to the calculation of the expected design bearing capacity of the piles. The two representative reliability methods(FORM, MCS) based computer programs were developed to facilitate the reliability analysis in this study. Mean Value First Order Second Moment(MVFOSM) approach that provides a simple closed-form solution and two advanced methods of FORM and MCS were used to conduct the intensive reliability analysis using the resistance bias factor statistics obtained, and the results were then compared. In addition, a parametric study was conducted to identify the sensibility and the influence of the random variables on the reliability analysis under consideration.
Kim, Sung-Ryul;Lee, Juhyung;Park, Jae-Hyun;Chung, Moonkyung
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6C
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pp.259-266
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2009
The steel pipe of steel-concrete composite piles increases the pile strength and induces the ductile failure by constraining the deformation of the inner concrete. In this research, the numerical models and the related input parameters were analyzed to simulate the axial load-movement relations, which were obtained from the compression loading tests for the cylindrical specimens of the steel pipe, the concrete, and the steel-concrete composite. As the results, the behavior of the steel pipe was simulated by the von-Mises model and that of the concrete by the strain-softening model, which decreases cohesion and dilation angles as the function of plastic strains. In addition, the reinforcing bars in the concrete were simulated by applying the yielding moment and decreasing the sectional area of the bars. The applied numerical models properly simulated the yielding behavior and the reinforcement effect of the steel-concrete composite piles. The parametric study for the real-size piles showed that the material strength of the steel-concrete composite pile increased about 10% for the axial loading and about 20~45% for the horizontal loading due to the reinforcement effect by the surrounding steel pipe pile.
Kim, Yoon-Ah;Kwon, Tae-Hyuk;Kim, Jongkwan;Han, Jin-Tae;Kim, Jae-Hyun;An, Sung-Yul
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.39
no.12
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pp.93-102
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2023
Despite recent modifications to building structural standards emphasizing the seismic stability of building foundations, the current design focus remains solely on vertical support, resulting in insufficient consideration of horizontal loads during earthquakes. In this study, we evaluated the dynamic behavior of inclined tripod micropiles (ITMP), which provide additional seismic resistance against horizontal and vertical loads during earthquakes. A comparison of the dynamic characteristics, such as acceleration, displacement, bending moment, and axial force, of ITMP with a 15° installation angle and normal vertical micropiles with a 0° installation angle was performed using dynamic centrifuge model tests. Results show that under moderate seismic loads, the proposed ITMP exhibited lower acceleration responses than the vertical micropiles. However, when subjected to a long-period strong seismic excitation, such as sine (2 Hz), ITMP showed greater responses than the vertical micropiles in terms of acceleration and settlement. These results indicate that the use of ITMP reduces the amplif ication of short-period (high-f requency) contents compared with the use of vertical micropiles. Therefore, ITMP can be used to enhance seismic performance of structures.
In the prediction of response of a pile in soil, numerical approaches such as a finite element method are generally applied due to complicate nonlinear behaviors of soils. However, the numerical methods based on the finite elements require heavy efforts in pile and soil modelling and also take long computing time. So their usage is limited especially in the early design stage in which principal dimensions and properties are not specified and tend to vary. On the contrary, theoretical approaches adopting linear approximations for soils are relatively simple and easy to model and take short computing time. Therefore, if they are validated to be reliable, they would be applicable in predicting responses of a pile in soil, particularly in early design stage. In case of wind turbines regarded in this study, it is required to assess their natural frequencies in early stages, and in this simulation the supporting pile inserted in soil could be replaced with a simplified elastic boundary condition at the bottom end of the wind turbine tower. To do this, analysis for a pile in soil is performed in this study to extract the spring constants at the top end of the pile. The pile in soil can be modelled as a beam on elastic spring by assuming that the soils deform within an elastic range. In this study, it is attempted to predict pile deformations and influence factors for lateral loads by means of the beam-on-spring model. As two example supporting structures for wind turbines, mono pile and suction pile models with different diameters are examined by evaluating their influence factors and validated by comparing them with those reported in literature. In addition, the deflection profiles along the depth and spring constants at the top end of the piles are compared to assess their supporting features.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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