In a nonlinear site response analysis which is performed in time domain, small strain damping is modeled as viscous damping through use of various forms of Rayleigh damping formulations. Small strain damping of soil is known to be independent of the loading frequency, but the viscous damping is greatly influenced by the loading frequency. The type of Rayleigh damping formulation has a pronounced influence on the dependence. This paper performs a series of nonlinear analyses to evaluate the degree of influence of the viscous damping formulation on Korean soil profiles. Analyses highlight the strong influence of the viscous damping formulation for soil profiles exceeding 30 m in thickness, commonly used in simplified Rayleigh damping formulation overestimating energy dissipation at high frequencies due to artificially introduced damping. When using the full Rayleigh damping formulation and carefully selecting the optimum modes, the artificial damping is greatly reduced. Results are further compared to equivalent linear analyses. The equivalent linear analyses can overestimate the peak ground acceleration even for shallow profiles less than 20 m in thickness.
Park, Young-Soo;Jin, Seung-Seop;Yoo, Chul-Hwan;Kim, Sungtae;Park, Young-Hwan
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.40
no.6
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pp.547-553
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2020
As aging infrastructures increase along with time, the efficient maintenance becomes more significant and accurate responses from the sensors are pre-requisite. Among various responses, strain is commonly used to detect damage such as crack and fatigue. Optical fiber sensor is one of the promising sensing techniques to measure strains with high-durability, immunity for electrical noise, long transmission distance. Fiber Bragg Grating (FBG) is a point sensor to measure the strain based on reflected signals from the grating, while Brillouin Optic Correlation Domain Analysis (BOCDA) is a distributed sensor to measure the strain along with the optical fiber based on scattering signals. Although the FBG provides the signal with high accuracy and reproducibility, the number of sensing points is limited. On the other hand, the BOCDA can measure a quasi-continuous strain along with the optical fiber. However, the measured signals from BOCDA have low accuracy and reproducibility. This paper proposed a multi-fidelity data-fusion method based on Gaussian Process Regression to improve the fidelity of the strain distribution by fusing the advantages of both systems. The proposed method was evaluated by laboratory test. The result shows that the proposed method is promising to improve the fidelity of the strain.
Seo, Youngguk;Bak, Chul-Min;Kim, Y. Richard;Im, Jeong-Hyuk
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6D
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pp.809-817
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2008
This paper deals with the development of ViscoElastic Continuum Damage Finite Element Program (VECD-FEP++) and its verification with the results from both field and laboratory accelerated pavement tests. Damage characteristics of asphalt concrete mixture have been defined by Schapery's work potential theory, and uniaxial constant crosshead rate tests were carried out to be used for damage model implementation. VECD-FEP++ predictions were compared with strain responses (longitudinal and transverse strains) under moving wheel loads running at different constant speeds. To this end, an asphalt pavement section (A5) of Korea Expressway Corporation Test Road (KECTR) instrumented with strain gauges were loaded with a dump truck. Also, a series of accelerated pavement fatigue tests have been conducted at pavement sections surfaced with four asphalt concrete mixtures (Dense-graded, SBS, Terpolymer, CR-TB). Planar strain responses were in good agreement with field measurements at base layers, whereas strains at both surface and intermediate layers were found different from simulation results due to the complexity of tire-road contact pressures. Finally, fatigue characteristics of four asphalt mixtures were reasonably described with VECD-FEP++.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.201-204
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2008
The proposed method, capable of predicting various stress-strain responses in axially loaded concrete confined with FRP (Fiber Reinforced Polymers) composites in a rational manner, is based on the fact that the volumetric expansion due to progressive microcracking in mechanically loaded concrete is an important measure of the extent of damage in the material microstructure. The elastic modulus expressed as a function of area strain and concrete porosity, the energy-balance equation relating the dilating concrete to the confining device interactively, the varying confining pressure, and an incremental calculation algorithm are included in the solution procedure. This procedure enables the evaluation of lateral strains consecutively according to the related mechanical model and the energy-balance equation, rather than using an empirically derived equation for Poisson's ratio or dilation rate as in other analytical methods.
Underwood, B. Shane;Kim, Y. Richard;Seo, Youngguk;Lee, Kwang-Ho
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1D
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pp.45-55
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2008
The objective of this research was to develop a VEPCD (ViscoElastoPlastic Continuum Damage) Model which is used to predict the behavior of asphalt concrete under various loading and temperature conditions. This paper presents the VEPCD model formulated in a tension mode and its validation using four hot mix asphalt (HMA) mixtures: dense-graded HMA, SBS, CR-TB, and Terpolymer. Modelling approaches consist of two components: the ViscoElastic Continuum Damage (VECD) mechanics and the ViscoPlastic (VP) theory. The VECD model was to describe the time-dependent behavior of HMA with growing damage. The irrecoverable (whether time-dependent or independent) strain has been described by the VP model. Based on the strain decomposition principle, these two models are integrated to form the VEPCD model. For validating the VEPCD model, two types of laboratory tests were performed: 1) a constant crosshead strain rate tension test, 2) a fatigue test with randomly selected load levels and frequencies.
In this paper, a 3D shell-spring model that can perform time history analysis of buried pipelines is used to evaluate the effect of the incident direction of the earthquake motion. When applying harmonic motions, it is shown that the period of vibration has pronounced influence on the response of buried pipelines. With decrease in the period, the curvature of the pipeline and corresponding response are shown to increase. To evaluate the effect of the incident angle, the motions are applied in the direction of the pipleline, horizontal, and vertical planes. When the motion is applied parallel to the direction of the pipeline, it only induces bending strains and therefore, the response is the lowest. Under motions subjected in horizontal and vertical planes at an angle of $45^{\circ}$ from the longitudinal axis of the buried pipeline, the axial deformation is shown to contribute greatly to the response of the pipelines. When imposing two-components simultaneously, the calculated response is similar to the case where only single-component is imposed. It is because one component only induces bending strain, resulting in very small increase in the response. The trend of the response is shown to be quite similar for recorded motions. Therefore, it is concluded that use of a single-component is sufficient for estimation of the longitudinal response of buried pipelines.
One-dimensional equivalent linear site response analysis is widely used in practice due to its simplicity, requiring only few input parameters, and low computational cost. The main limitation of the procedure is that it is essentially a linear method, in which the time dependent change in the soil properties cannot be modeled and constant values of shear modulus and damping is used throughout the duration of the analysis. Various forms of modified equivalent linear analyses have been developed to enhance the accuracy of the equivalent linear method by incorporating the dependence of the shear strain with the loading frequency. The methods are identical in that it uses the shear strain Fourier spectrum as the backbone of the analysis, but differ in the method in which the strain Fourier spectrum is smoothed. This study used two domestically measured soil profiles to perform a series of nonlinear, equivalent linear, and modified equivalent linear site response analyses to verify the accuracy of two modified procedures. The results of the analyses indicate that the modified equivalent linear analysis can highly overestimate the amplification of the high frequency components of the ground motion. The degree of overestimation is dependent on the characteristics of the input ground motion. Use of a motion rich in high frequency contents can result in unrealistic response.
One-dimensional site response analysis is widely used to simulate the seismic site effects. The equivalent linear analysis, which is the most widely used type of site response analysis, is essentially a linear method. The method applies constant shear modulus and damping throughout the frequency range of the input motion, ignoring the dependence of the soil response on the loading frequency. A new type of equivalent linear analysis method that can simulate the frequency dependence of the soil behavior via frequency-strain curve was developed. Various forms of frequency-strain curves were proposed, and all curves were asserted to increase the accuracy of the solution. However, its validity has not been extensively proven and the effect of the shape of the frequency-strain curve is not known. This paper used two previously proposed frequency-strain curves and three additional curves developed in this study to evaluate the accuracy of the frequency-dependent equivalent linear method and the influence of the shape of the frequency-strain curves. In the evaluation, six recordings from three case histories were used. The results of the case study indicated that the shape of the frequency-strain curve has a dominant influence on the calculated response, and that the frequency dependent analysis can enhance the accuracy of the solution. However, a curve that results in the best match for all case histories did not exist and the optimum curve varied for each case. Since the optimum frequency-strain curve can not be defined, it is recommended that a suite of curves be used in the analysis.
The initiation and growth processes of cyclic ice body in porous systems are affected by the thermo-physical and mass transport properties, as well as gradients of temperature and chemical potentials. Furthermore, the diffusivity of deicing chemicals shows significantly higher value under cyclic freeze-thaw conditions. Consequently, the disintegration of concrete structures is aggravated at marine environments, higher altitudes, and northern areas. However, the properties of cyclic freeze-thaw with crack growth and the deterioration by the accumulated damages are hard to identify in tests. In order to predict the accumulated damages by cyclic freeze-thaw, a regression analysis by the response surface method (RSM) is used. The important parameters for cyclic freeze-thawdeterioration of concrete structures, such as water to cement ratio, entrained air pores, and the number of cycles of freezing and thawing, are used to compose the limit state function. The regression equation fitted to the important deterioration criteria, such as accumulated plastic deformation, relative dynamic modulus, or equivalent plastic deformations, were used as the probabilistic evaluations of performance for the degraded structural resistance. The predicted results of relative dynamic modulus and residual strains after 300 cycles of freeze-thaw show very good agreements with the experimental results. The RSM result can be used to predict the probability of occurrence for designer specified critical values. Therefore, it is possible to evaluate the life cycle management of concrete structures considering the accumulated damages due to the cyclic freeze-thaw using the proposed prediction method.
Longitudinal strain is an important component of seismic design for buried pipelines. A design procedure which determines the wavelength from site natural period and shear wave velocity of the soil layer and closed-form solutions of pipelines under a harmonic motion is typically used in design. However, the applicability of the procedure has not yet been thoroughly investigated. In this paper, displacement-time histories extracted from 1D site response analyses are used in 3D shell-spring model to accurately predict the response of pipelines. The results are closely compared to those from the design procedure. The area of interest is East Siberia. Performing a site response analysis to determine site specific displacement time history is highlighted. The site natural period may be used to predict the predominant period of the acceleration time history, but cannot be used to estimate the predominant period of the displacement time history. If an accurate estimate of the predominant period of the displacement time history is provided, it is demonstrated that the design equation can be successfully used to predict the response of pipelines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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