The use of the bearing capacity equation is subjected to several uncertainties. In this study, estimation of the bearing capacity of footings based on the cone resistance q$_{c}$ is investigated. Non-linear finite element analyses based on a state-dependent stress-strain model were performed to obtain the load-settlement responses of axially loaded circular footings. Various soil and footing conditions, including different relative densities, depths of embedment, and footing diameters were considered in the analyses. Based on the finite element results, load-settlement curves were obtained and used to determine the unit limit bearing capacity in terms of the cone resistance q$_{c}$ for footings subjected to surcharge. Values of the unit bearing capacity for different embedment depths were in a narrow range, while considerable variation was observed with relative density D$_{R}$. It was observed that the unit limit bearing capacity normalized with respect to q$_{c}$ decreases as D$_{R}$ increases for a given surcharge.
As wind turbines become larger and lighter, they are likely to respond sensitively by dynamic loads applied on them. Since the responses at resonances are particularly interested, it is required to be able to predict natural frequencies of wind turbines reliably at early design stage. To achieve this, the foundation-soil analysis is needed to be carried out and a finite element approach is adopted in general. However, the finite element approach would not be appropriate in early design stage because it demands heavy efforts in pile-soil modelling and computing facilities. On the contrary, theoretical approaches adopting linear approximations for soils are relatively simple and easy to handle. Therefore, they would be a useful tool in predicting a pile-soil interaction, particularly in early design stage. In this study an analysis for a pile inserted in soil is performed. The pile and soil are modelled as a beam and continuum medium, respectively, within an elastic range. In this analysis, influence factors at the pile head for lateral loads are predicted by means of this continuum approach for various length-diameter ratios of the pile. The influence factors predicted are validated with those reported in literature, proposed from a finite element analysis.
Park, Jung-Wook;Guglielmi, Yves;Graupner, Bastian;Rutqvist, Jonny;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.29
no.3
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pp.197-213
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2019
We simulated the fault reactivation experiment conducted at 'Main Fault' intersecting the low permeability clay formations of Mont Terri Underground Research Laboratory in Switzerland using TOUGH-FLAC simulator. The fluid flow along a fault was modelled with solid elements and governed by Darcy's law with the cubic law in TOUGH2, whereas the mechanical behavior of a single fault was represented by creating interface elements between two separating rock blocks in FLAC3D. We formulate the hydro-mechanical coupling relation of hydraulic aperture to consider the elastic fracture opening and failure-induced dilation for reproducing the abrupt changes in injection flow rate and monitoring pressure at fracture opening pressure. A parametric study was conducted to examine the effects of in-situ stress condition and fault deformation and strength parameters and to find the optimal parameter set to reproduce the field observations. In the best matching simulation, the fracture opening pressure and variations of injection flow rate and monitoring pressure showed good agreement with field experiment results, which suggests the capability of the numerical model to reasonably capture the fracture opening and propagation process. The model overestimated the fault displacement in shear direction and the range of reactivated zone, which was attributed to the progressive shear failures along the fault at high injection pressure. In the field experiment results, however, fracture tensile opening seems the dominant mechanism affecting the hydraulic aperture increase.
Purpose: A static loading test was performed to evaluate the ultimate flexural strength of a girder in which 80MPa high-strength concrete was synthesized on the compressive flange of the I-shape steel girder. Method: This test is designed and fabricated two types of specimens with different shear-connection specifications, and evaluated their ultimate flexural behavior until reaching the extreme event limit states. In addition, the ultimate strength was evaluated by comparing the test results and the results of the strain compatibility method. Result: By confirming the displacement within 0.02mm as a result of the relative slip measurement, it was verified that the two specimens secured perfect bonding. Therefore, the difference in the shear specification does not have a great effect on the stiffness, and if the specimens are completely synthesized, there is no difference in the behavior until it reaches the extreme-event limit states. Conclusion: The girder to be tested has a working load within the elastic range and meets the usability requirements for allowable deflection. Therefore, even if a part of the casing is subjected to the tensile force at the level of cracking, the deck will first reach the compression failure due to the role of the reinforcing bar.
Kim, Sung-Hee;Jung, Gyoung-Ja;Jeong, Sang-Seom;Jeon, Young-Jin;Kim, Jeong-Sub;Lee, Cheol-Ju
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.18
no.7
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pp.37-47
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2017
In this study, a series of full-scale field tests on prebored and precast steel pipe piles and the corresponding numerical analysis have been conducted in order to study the characteristics of pile load-settlement relations and shear stress transfer at the pile-soil interface. Dynamic pile load tests (EOID and restrike) have been performed on the piles and the estimated design pile loads from EOID and restrike tests were analysed. Class-A type numerical analyses conducted prior to the pile loading tests were 56~105%, 65~121% and 38~142% respectively of those obtained from static load tests. In addition, design loads estimated from the restrike tests indicate increases of 12~60% compared to those estimated in the EOID tests. The EOID tests show large end bearing capacity while the restrike tests demonstrate increased skin friction. When impact energy is insufficient during the restrike tests, the end bearing capacity may be underestimated. It has been found that total pile capacity would be reasonably estimated if skin friction from the restrike tests and end bearing capacity from the EOID are combined. The load-settlement relation measured from the static pile load tests and estimated from the numerical modelling is in general agreement until yielding occurs, after which results from the numerical analyses substantially deviated away from those obtained from the static load tests. The measured pile behaviour from the static load tests shows somewhat similar behaviour of perfectly-elastic plastic materials after yielding with a small increase in the pile load, while the numerical analyses demonstrates a gradual increase in the pile load associated with strain hardening approaching ultimate pile load. It has been discussed that the load-settlement relation mainly depends upon the stiffness of the ground, whilst the shear transfer mechanism depends on shear strength parameters.
In order to promote mechanization of corn harvesting in Korea, this study was conducted to find out the effect of moisture content on compressive properties such as force, deformation, energy and modulus of stiffness to the bioyield and the rupture point for Korean corn kernel. In this study, the loading positions of corn were flat, edge, longitude and the moisture contents were about 13, 17, 21, 25% in wet basis. The compression test was carreied out with flat plate by use of dynamic straingage for three varieties of Korean corn under quasi-static force when the loading rate was 1.125mm/min. The results of this study are summarized as follows; 1. When the moisture content of corn ranged from 12.5 to 24.5 percent, at flat position, the bioyied force was in the range of 13.63-26.73 kg and the maximum compressive strength was in the range of 21.55-47.65kg. Their values were reached minimum at about 17% and maximum at about 21% moisture content. The bioyield force was in the range of 13.58-6.70kg at edge position and the maximum compressive strength which was 16.42 to 7.82kg at edge position was lower than that which was 18.55-9.05kg at longitudinal position. 2. Deformation of corn varied from 0.43 to 1.37 mm at bioyield point and from 0.70 to 2.66mm at rupture point between 12.5 to 24.5% moisture content. As the moisture content increased, deformation was increased. 3. The moduli of resilience and toughness of corn ranged from 2.60 to 8.57kg. mm and from 6.41 to 34.36kg. mm when the moisture content ranged from 12.5 to 24.5 percent, respectively. As the moisture content increased, the modulus of toughness was increased at edge position and decreased at longitudinal position. And their values were equal each other at 22-23% moisture content. 4. The modulus of stiffness was decreased with increase in the moisture content. Its values ranged from 32.07 to 5.86 kg/mm at edge position and from 42.12 to 18.68kg/mm at flat position, respectively. Also, the values of Suweon 19 were higher than those of Buyeo. 5. It was considered that the compressive properties of corn at flat position were more important on the design data for corn harvesting and processing machinery than those of edge or longitudinal position. Also, grinding energy would be minimized when a corn was processed between about 12.5 to 17% moisture content and corn damage would be reduced when a corn was handled between about 19 to 24% moisture content in wet basis.
Underground utility tunnel, the most representative cut and cover structure, is subjected to seismic force by displacement of the surrounding soil. In 2020, Korea Infrastructure Safety Corporation has published "Seismic Performance Evaluation Guideline for Existing Utility Tunnel." This paper introduces two seismic evaluation methods, RDM (Response Displacement Method) and RHA (Response History Analysis) adopted in the guide and compares the methods for an example of an existing utility tunnel. The test tunnel had been constructed in 1988 and seismic design was not considered. RDM is performed by single and double cosine methods based on the velocity response spectrum at the base rock. RHA is performed by finite difference analysis that is able to consider nonlinear behavior of soil and structure together in two-dimensional plane strain condition. The utility tunnel shows elastic behavior for RDM, but shows plastic hinge for RHA under the collapse prevention level earthquake.
The objective of this study is to develop polymer-impregnated concrete(PIC), which is a newly developed composite material made by impregnating polymer impregnanls into hardened normal concrete, and to develop analytical techniques for its proper applications. Crystalline methyl methacrylate(MMA) is chosen as a monomer of polymer impregnants. The corrlpositions of polymer impregnants and producing processes are developed by analyzing the effects of penetration, polymerization, thermal safety, and strengthening characteristics. On t he basis of experimental results of this study, various strength characteristics and stress strain constitutive relations are formulated in terms of the compressive strength of normal concrete and the polymer loadings, which can be applied for analysis and design of PIC members. In order to provide a model for fracture analysis of flexural members, fracture toughness, fracture energy, critical crack width, and tension softening relations near crack tip are also formulated in terms of member depth, initial notch depth, and the flexural strength of normal concrete. The structural analysis procedure and the finite element computer program developed in the study are applicable to evaluate elastic behavior, ultimate strength, and tension softening behavior of MMA type PIC structural members subject to various loading conditions. The accuracy and effectiveness of the developed computer program is examined by comparing the anal ytical results with the experimental results. Therefore, it is concluded that the developed structural analysis procedure and the finite element computer program are applicable to analysis and design of in-situ and precast PIC structural members.
Kim, Yun Tae;Huh, Taik Nyung;Kim, Moon Kyum;Hwang, Hak Joo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.2
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pp.43-54
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1992
For shallow arches with large dynamic loading, linear analysis is no longer considered as practical and accurate. In this study, a method is presented for the dynamic analysis of shallow arches in which geometric nonlinearity must be considered. A program is developed for the analysis of the nonlinear dynamic behavior and for evaluation of critical buckling loads of shallow arches. Geometric nonlinearity is modeled using Lagrangian description of the motion. The finite element analysis procedure is used to solve the dynamic equation of motion and Newmark method is adopted in the approximation of time integration. A shallow arch subject to radial step loads is analyzed. The results are compared with those from other researches to verify the developed program. The behavior of arches is analyzed using the non-dimensional time, load, and shape parameters. It is shown that geometric nonlinearity should be considered in the analysis of shallow arches and probability of buckling failure is getting higher as arches are getting shallower. It is confirmed that arches with the same shape parameter have the same deflection ratio at the same time parameter when arches are loaded with the same parametric load. In addition, it is proved that buckling of arches with the same shape parameter occurs at the same load parameter. Circular arches, which are under a single or uniform normal load, are analyzed for comparison. A parabolic arch with radial step load is also analyzed. It is verified that the developed program is applicable for those problems.
Kim, Young-Sun;Lee, Tae-Gyu;Nam, Jeong-Soo;Park, Gyu-Yeon;Kim, Gyu-Yong
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.3
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pp.321-330
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2011
Recently, the effects of high temperature and fiber content on the residual mechnical properties of high-strength concrete were experimentally investigated. In this paper, residual mechanical properties of concrete with water to cement (w/c) ratios of 0.55, 0.42 and 0.35 exposed to high temperature are compared with those obtained in fiber reinforced concrete with similar characteristics ranging from 0.05% to 0.20% polypropylene (PP) fiber volume percentage. Also, factors including pre-load levels of 20% and 40% of the maximum load at room temperature are considered. Outbreak time, thermal strain, length change, and mass loss were tested to determine compressive strength, modulus of elasticity, and energy absorption capacity. From the results, in order to prevent the explosive spalling of 50 MPa grade concretes exposed to high temperature, more than 0.05 vol. % of PP fibers is needed. Also, the cross-sectional area of PP fiber can influence the residual mechanical properties and spalling tendency of fiber reinforced concrete exposed to high temperature. Especially, the external loading increases not only the residual mechanical properties of concrete but also the risk of spalling and brittle failure tendency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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