Lee, Kwang Min;Cho, Hyo Nam;Cha, CheolJun;Kim, Seong Hun
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.75-89
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2006
This paper presents a practical and realistic Life-Cycle Cost (LCC) optimum design methodology of steel bridges considering time effect of bridge reliability under environmental stressors such as corrosion and heavy truck traffics. The LCC functions considered in the LCC optimization consist of initial cost, expected life-cycle maintenance cost and expected life-cycle rehabilitation costs including repair/replacement costs, loss of contents or fatality and injury losses, road user costs, and indirect socio-economic losses. For the assessment of the life-cycle rehabilitation costs, the annual probability of failure which depends upon the prior and updated load and resistance histories should be accounted for. For the purpose, Nowak live load model and a modified corrosion propagation model considering corrosion initiation, corrosion rate, and repainting effect are adopted in this study. The proposed methodology is applied to the LCC optimum design problem of an actual steel box girder bridge with 3 continuous spans (40 m+50 m+40 m=130 m), and various sensitivity analyses of types of steel, local corrosion environments, average daily traffic volume, and discount rates are performed to investigate the effects of various design parameters and conditions on the LCC-effectiveness. From the numerical investigation, it has been observed that local corrosion environments and the number of truck traffics significantly influence the LCC-effective optimum design of steel bridges, and thus realized that these conditions should be considered as crucial parameters for the optimum LCC-effective design.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.3
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pp.163-171
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2024
Structural health monitoring for ships and offshore structures is important in various aspects. Ships and offshore structures are continuously exposed to various environmental conditions, such as waves, wind, and currents. In the event of an accident, immense economic losses, environmental pollution, and safety problems can occur, so it is necessary to detect structural damage or defects early. In this study, structural response data of multi-linked floating offshore structures under various wave load conditions was calculated by performing fluid-structure coupled analysis. Furthermore, the order reduction method with distortion base mode was applied to the structures for predicting the structural response by using the results of numerical analysis. The distortion base mode order reduction method can predict the structural response of a desired area with high accuracy, but prediction performance is affected by sensor arrangement. Optimization based on a genetic algorithm was performed to search for optimal sensor arrangement and improve the prediction performance of the distortion base mode-based reduced-order model. Consequently, a sensor arrangement that predicted the structural response with an error of about 84.0% less than the initial sensor arrangement was derived based on the root mean squared error, which is a prediction performance evaluation index. The computational cost was reduced by about 8 times compared to evaluating the prediction performance of reduced-order models for a total of 43,758 sensor arrangement combinations. and the expected performance was overturned to approximately 84.0% based on sensor placement, including the largest square root error.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.19
no.6
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pp.539-547
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2019
Recently, the international community signed a climate change agreement to prevent global warming. Yet currently, the fossil fuels have been widely used in to supply building energy for cooling and heating. The Green Building certification (G-SEED), an energy efficiency rating for new or existing buildings requires that buildings meet certain conditions. Insulation is used as a building material to reduce the energy supply to buildings and to improve the thermal insulation, and it accounts for more than 90% of the total heat resistance provided by the building surface components that meet the energy-saving design standards of new buildings. In this investigation, a performance evaluation study was conducted through an experimental study by directly extracting the foam polystyrene insulation on-site during the remodeling of a building that was in the range of 22~38 years old. Through tests, it was found that the thermal conductivity of the extrusion method insulation (XPS) was reduced by 48% and the compressive strength of XPS decreased by 36% compared to KS M 3808, which is the initial quality standard. For bead method insulation (EPS) with a thickness of 50mm, the thermal conductivity, the compressive strength, and flexural failure load were similar to the initial quality standard. Therefore, in the calculation of the primary energy requirement per unit area per year, the performance of bead method insulation can be estimated simply by considering the thickness of the insulation, while a correction factor that considers its performance deterioration should be applied when extrusion method insulation is used.
Scaled model tests were performed to evaluate the reinforcement effect of rock bolts in anisotropic rock mass. For this purpose, two tunnel cases were experimented which had different tunnel sizes, rock strengths, anisotropic angles and coefficients of lateral pressure. The fully grouted rock bolts of the D25 deformed bar were modeled as the basting pins with bead and were systematically installed at the roof and the side wall of the model tunnel. As results of the first case experimentations, the unsupported model showed initial crack at the roof of tunnel, but the supported model with rock bolts showed initial crack at the floor of tunnel where rock bolts were not installed. The crack initiating pressure and the maximum pressure of the supported model with rock bolts were 11% and 7% larger than those of the unsupported model, respectively. Moreover, the effect of the existing discontinuities in anisotropic rock mass on the fracture behavior of tunnel was reduced in the supported model, and so the reinforcement effect of rock bolt turned out to be experimentally verified. As results of the second case experimentations considering different support patterns, the crack initiating pressures of models were larger and the reduction ratios of tunnel area according to applied load were smaller as the length and the quantity of rock bolts were larger. Therefore, it was found that the performance of the rock bolts turned out to be improved as they were larger.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.345-352
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2014
In this paper, the CAD data for the optimal shape design obtained by isogeometric shape optimization is directly used to fabricate the specimen by using 3D printer for the experimental validation. In a conventional finite element method, the geometric approximation inherent in the mesh leads to the accuracy issue in response analysis and design sensitivity analysis. Furthermore, in the finite element based shape optimization, subsequent communication with CAD description is required in the design optimization process, which results in the loss of optimal design information during the communication. Isogeometric analysis method employs the same NURBS basis functions and control points used in CAD systems, which enables to use exact geometrical properties like normal vector and curvature information in the response analysis and design sensitivity analysis procedure. Also, it vastly simplify the design modification of complex geometries without communicating with the CAD description of geometry during design optimization process. Therefore, the information of optimal design and material volume is exactly reflected to fabricate the specimen for experimental validation. Through the design optimization examples of elasticity problem, it is experimentally shown that the optimal design has higher stiffness than the initial design. Also, the experimental results match very well with the numerical results. Using a non-contact optical 3D deformation measuring system for strain distribution, it is shown that the stress concentration is significantly alleviated in the optimal design compared with the initial design.
Kim, Sung-Hee;Jeon, Young-Jin;Kim, Jeong-Sub;Lee, Cheol-Ju
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.18
no.5
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pp.5-16
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2017
In the present work, a number of advanced three-dimensional (3D) parametric finite element numerical analyses have been conducted to study the behaviour of a single pile in consolidating ground from coupled consolidation analyses. A single pile with typical minimum and maximum ranges of fill height and clay stiffness has been modelled. The computed results demonstrate that the higher the height of the fill above the clay surface and the smaller the stiffness of the clay, the higher the dragloads and the negative skin friction-induced pile settlements. It has been found that the development of dragloads and pile settlement is more governed by the stiffness of the clay rather than the height of the fill. Positive shaft resistance is mobilised only after the average degree of consolidation is larger than 50%. Although the pile is installed when the degree of consolidation is 50% or more, relatively large negative skin friction can nevertheless develop on the pile. On the other hand, when a load is applied on the pile experiencing an increase in the negative skin friction with time during consolidation, the pile undergoes a large increase in the final settlement of up to 95% compared to that of a pile without axial load on the pile head. The allowable pile capacity when there is negative skin friction on the pile is reduced by about 4-11% compared to a pile without negative skin friction.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3A
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pp.215-225
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2011
In general, the precast columns can obtain its homogeneous quality as they are produced in a factory with a hollow concrete block type by using high strength concrete, so that they can generate the reduction of dead load. Such a method of precast hollow concrete columns is already implemented in USA and Japan and used for connecting between blocks which use PC tendons. However, it is inevitable to have uneconomical construction with excessive cost in early stage when PC tendons are used. This study aims to develop an economical precast column with high quality and constructability which consists of only splice sleeve and general reinforcing bar without using PC tendons in order to reduce the construction period and cost. To achieve this goal, this study tested the performance of total 5 minimized models in the experiment with the variables such as hollowness, diameter of main reinforcement bar and cross-sectional size for the cross section of precast column by using grouting type splice sleeve which is a new type joint rebar. And it also verified the performance of column in the experiment for a large-sized model in order to overview its applicability by excluding large scale effect.
The aim of this study was to investigate upper and lower limb muscle activity using EMG(electromyogram) sensors while walking and identify normal gait pattern using FSR(force sensing resistor) sensor. Fifteen college students participated in this study and their EMG and FSR signal were measured during stopping and walking trials. EMG signals from upper(pectoralis major and trapezius) and lower limbs(rectus femoris, biceps femoris, vastus medialis, vastus lateralis, semimembranosus, semitendinosus, soleus, peroneus longus, gastrocnemius medialis, and gastrocnemius lateralis) were obtained using the surface electrodes. FSR measured pressures on 8 areas of the sole of the foot during walking. EMG results showed that all muscle activities except for vastus lateralis and semimembranosus during walking had higher amplitudes than stopping. Additionally, muscle activities associated with stance and swing phase during walking were identified. Results on FSR showed that stance and swing phases were detected by FSR signals during a gait cycle. Eight gait phases-initial contact, loading response, mid stance, terminal stance, pre swing, initial swing, mid swing, and terminal swing- were classified.
Jung, Yun Jin;Kwon, Young Bong;Kwak, Myong Keun;Bae, Kyu Woong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.5
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pp.543-551
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2006
Cold-formed steel studs that are being used as load-bearing members of wall panels for steel houses have a problem with their insulation due to the heat bridging of their web. Some additional thermal insulating materials should be used. To solve this problem, the new-concept hybrid stud, which consists of a galvanized steel sheet (t = 1.0 m - 12.0 m) and a GFRP panel (t = 4.0-6.0 mm), has recently been developed. An investigation on the structural behavior and the strength capacity of this new hybrid stud has been conducted so that it can be used in load-bearing wall panels of residential buildings. This paper describes the axial compression-torsion test results of the hybrid studs under both axial compression and torsion using ATTM. The main factors of the test were the stud length, the magnitude of the initial compressive force, and the loading method of the monotonic or cyclic loading. The torsion was applied increasingly while the initial compression was kept constant to the failure of the hybrid section. The advanced analysis results obtained form the finite element procedure that considered the material properties of the high-strength galvanized steel and the GFRP were compared with the test results for verification.
It is well known that emergency outlet works have to be provided for the safety of dams. However, concept of emergency outlet works did not applied for the design of the most dams in Korea. Korean design standard for low-level outlet works does not provide enough design criteria which could be used in design of emergency outlet works. In this research, as-built status and hydraulic design criteria of outlet works, such as drawdown rate or hydraulic pressure due to the impounded water depth, were examined. Another relationship between drawdown rate and the dam slope stability was also examined with SEEP model. It was found that 25% reduction of impounded water depth decreases the pressure forces about 50%. Therefore, outlet works should be designed to drawdown properly at the beginning of the emergency. Seepage analysis of dam bodies showed that most of Korean dams could safely stand for 1m/day drawdown rate. Higher drawdown rate could result high discharge so the drawdown rate must be related with the flood risk of downstream. Finally, multi-stage design was recommended that faster discharge for the initial 25% of water depth in 7-10 days than the rest of it in 1-2 months.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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