Abed, Younes;Bouzid, Djillali Amar;Bhattacharya, Subhamoy;Aissa, Mohammed H.
Earthquakes and Structures
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v.10
no.5
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pp.1143-1179
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2016
Offshore wind turbines are considered as a fundamental part to develop substantial, alternative energy sources. In this highly flexible structures, monopiles are usually used as support foundations. Since the monopiles are large diameter (3.5 to 7 m) deep foundations, they result in extremely stiff short monopiles where the slenderness (length to diameter) may range between 5 and 10. Consequently, their elastic deformation patterns under lateral loading differ from those of small diameter monopiles usually employed for supporting structures in offshore oil and gas industry. For this reason, design recommendations (API and DNV) are not appropriate for designing foundations for offshore wind turbine structures as they have been established on the basis of full-scale load tests on long, slender and flexible piles. Furthermore, as these facilities are very sensitive to rotations and dynamic changes in the soil-pile system, the accurate prediction of monopile head displacement and rotation constitutes a design criterion of paramount importance. In this paper, the Fourier Series Aided Finite Element Method (FSAFEM) is employed for the determination of static impedance functions of monopiles for OWT subjected to horizontal force and/or to an overturning moment, where a non-homogeneous soil profile has been considered. On the basis of an extensive parametric study, and in order to address the problem of head stiffness of short monopiles, approximate analytical formulae are obtained for lateral stiffness $K_L$, rotational stiffness $K_R$ and cross coupling stiffness $K_{LR}$ for both rough and smooth interfaces. Theses expressions which depend only on the values of the monopile slenderness $L/D_p$ rather than the relative soil/monopile rigidity $E_p/E_s$ usually found in the offshore platforms designing codes (DNV code for example) have been incorporated in the expressions of the OWT natural frequency of four wind farm sites. Excellent agreement has been found between the computed and the measured natural frequencies.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.7
no.2
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pp.97-108
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2005
This paper presents the effect of tunneling and groundwater interaction on tunnel behavior. As part of this study, design issuses for tunneling situations similar to that considered in this study are first identified. A parametric study is then conducted on tunneling situations frequently encountered in Seoul area using a 3D stress-pore presure coupled finite-element model with emphasis on the effects of ground and lining permeabilities. The results indicate that tunneling in water bearing ground results in a deeper and wider settlement trough, increased axial thrusts in shotcrete lining than those without the groundwater. Also revealed is that the axial thrusts in shotcrete lining are governed by the relative permeability between the ground and the lining. Design implications of the findings from this study are discussed.
Aicha Remil;Mohamed-Ouejdi Belarbi;Aicha Bessaim;Mohammed Sid Ahmed Houari;Ahmed Bouamoud;Ahmed Amine Daikh;Abderrahmane Mouffoki;Abdelouahed Tounsi;Amin Hamdi;Mohamed A. Eltaher
Computers and Concrete
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v.31
no.3
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pp.267-276
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2023
The main purpose of the current research is to develop an efficient two variables trigonometric shear deformation beam theory to investigate the buckling behavior of symmetric and non-symmetric functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (FG-CNTRC) beam resting on an elastic foundation with various boundary conditions. The proposed theory obviates the use to shear correction factors as it satisfies the parabolic variation of through-thickness shear stress distribution. The composite beam is made of a polymeric matrix reinforced by aligned and distributed single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with different patterns of reinforcement. The material properties of the FG-CNTRC beam are estimated by using the rule of mixture. The governing equilibrium equations are solved by using new analytical solutions based on the Galerkin method. The robustness and accuracy of the proposed analytical model are demonstrated by comparing its results with those available by other researchers in the existing literature. Moreover, a comprehensive parametric study is presented and discussed in detail to show the effects of CNTs volume fraction, distribution patterns of CNTs, boundary conditions, length-to-thickness ratio, and spring constant factors on the buckling response of FG-CNTRC beam. Some new referential results are reported for the first time, which will serve as a benchmark for future research.
The p-y curve has been used to design pile foundations subjected to lateral loading. Although the p-y curve has a large influence on the pile lateral behavior, p-y curves have not been clearly suggested. In this study, the p-y curve of clay was evaluated for drilled shafts in marine deposits by using 3-dimensional numerical analyses. First, the optimization study was performed to properly determine boundary extent, mesh size, and interface stiffness. The numerical modeling in the study was verified by comparing the calculated and the pile loading test results. Then, the p-y curves of single and group piles were evaluated from the parametric study. The selected parameters were pile diameter, pile Young's modulus and pile head fixed condition for a single pile, and pile spacing for group piles. Finally, the p-multiplier was evaluated by comparing the p-y curves of a single pile and group piles. As a result, the p-multiplier at pile spacing of 3D was 0.83, 0.67 and 0.78 for the front, middle, and back row piles, respectively, and showed values similar to those of O'Neill and Reese (1999). For the pile group with pile spacing larger than 60, the group effect can be ignorable.
A new technique to mitigate irregular buildings with soil structure interaction (SSI) effect subjected to critical seismic waves is presented. The L-shape in plan irregular building for various reasons was selected, subjected to seismic a load which is a big problem for structural design especially without separation gap. The L-shape in plan building with different dimensions was chosen to study, with different rectangularity ratios and various soil kinds, to show the effect of the irregular building on the seismic response. A 3D building subjected to critical earthquake was analyzed by structural analysis program (SAP2000) fixed and with SSI (three types of soils were analyzed, soft, medium and hard soils) to find their effect on top displacement, base shear, and base torsion. The straining actions were appointed and the treatment of the effect of irregular shape under critical earthquake was made by using tuned mass damper (TMD) with different configurations with SSI and without. The study improve the success of using TMDs to mitigate the effect of critical earthquake on irregular building for both cases of study as fixed base and raft foundation (SSI) with different TMDs parameters and configurations. Torsion occurs when the L-shape in plan building subjected to earthquake which may be caused harmful damage. TMDs parameters which give the most effective efficiency in the earthquake duration must be defined, that will mitigate these effects. The parameters of TMDs were studied with structure for different rectangularity ratios and soil types, with different TMD configurations. Nonlinear time history analysis is carried out by SAP2000 with El Centro earthquake wave. The numerical results of the parametric study help in understanding the seismic behavior of L-shape in plan building with TMDs mitigation system.
This study numerically investigates buckling behavior of press braked steel plates with a free edge that consists of the upper flange of U-shaped box girder. Since the press-braked plates include a rounded edge, the effective width to thickness ratio of the press-braked upper flange is obscure to determine the nominal compressive strength. This study performed 3D finite element analyses to evaluate an equivalent effective width of cold-formed plate with a free edge. Through the parametric numerical analyses, the elastic buckling stresses of the rounded corner plates were compared with those of general flat plates and then, the equivalent effective width has been estimated. A comparative study with Euler buckling formula speculated in the domestic design specifications has been conducted.
Existing design codes for steel-concrete composite structures give only general information about the shear connection provided by headed studs in group arrangement. Grouting of the openings in prefabricated concrete slabs, where the grouped headed studs are placed in the deck pockets is alternative to cast-in-place decks to accomplish fast execution of composite structures. This paper considers the possibility to reduce the distance between the studs within the group, bellow the Eurocode limitations. This may lead to increased competitiveness of the prefabricated construction because more studs are placed in the group if negative effectives of smaller distances between studs are limited. The main purpose of this work is to investigate these limits and propose an analytical calculation model for prediction of the shear resistance of grouped stud arrangements in the deck pockets. An advanced FEA model, validated by results of push-out experiments, is used to analyze the shear behavior of the grouped stud with smaller distance between them than recommended by EN 1994-1. Calculation model for shear resistance, which is consistent with the existing Eurocode rules, is proposed based on a newly introduced equivalent diameter of the stud group, $d_G$. The new calculation model is validated by comparison to the results of FE parametric study. The distance between the studs in the longitudinal direction and the number of stud rows and columns in the group are considered as the main variables.
Recently, foundation designs based on piled raft concept have been increasing, where the piles are required not to ensure the overall stability of the foundation but to act as settlement reducer. When a concrete track is constructed on soft ground, excessive settlements may occur, while it rarely has bearing capacity problems. In this case, the settlement of the concrete track may be effectively reduced by arranging a small number of small-diameter piles beneath the track. This paper presents the effect of pile installation on the reduction of concrete track's settlement. A 3D finite difference method was employed to model the piled concrete tracks. A parametric study was carried out to assess the effect of varying soil condition and pile arrangements. From the analysis results, it is verified that the effect of the pile installation is significant to effectively reduce the settlement of concrete track. Optimal number of pile rows and pile spacings was proposed for the economical design of a piled concrete track. The bearing mechanism of piles was also investigated by analyzing load sharing characteristics of pile according to soil conditions and pile arrangements.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.14
no.3
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pp.88-96
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2013
Recent proliferation of building information modeling (BIM) has actively stimulated integrated utilization of geometric (graphic) and non-geometric (non-graphic) data. Nevertheless, physically and logically, linking and maintaining these two different types of data in an integrated manner requires enormous overhead efforts for practical implementation. In order to address this problem, this paper proposes a concept and structure of the object breakdown structure (OBS) that facilitates advanced BIM implementations in an automated and effective manner. Proposed OBS numbering system has secure rules for organizing graphic objects in full considerations of effectively integrating with non-geometric data (e.g. cost and schedule). It also removes repetitive linking process caused by design changes or modifications. The result of applying this concept to a housing project revealed that only 120 definitions controled over 6,000 graphic objects for full integration with cost and schedule functions.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.17
no.4
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pp.79-90
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2021
This paper presents a study to reduce the effect of blast pressure on the blast valves installed in protection tunnels, where the shape of the tunnel entrance and the blast pocket is optimized based on the predetermined basic shape of the protective tunnels. The reliability of the numerical tunnel models was examined by performing analyses of mesh convergence and overpressure stability and with comparison to the data in blast-load design charts in UFC 3-340-02 (DoD, 2008). An optimal mesh size and a stabilized distance of overpressure were proposed, and the numerical results were validated based on the UFC data. A parametric study to reduce the blast overpressures in tunnel was conducted using the validated numerical model. Analysis was performed applying 1) the entrance slope of 90, 75, 60, and 45 degrees, 2) two blast pockets with the depth 0.5, 1.0, and 1.5 times the tunnel width, 3) the three types of curved back walls of the blast pockets, and 4) two types of the upper and lower surfaces of the blast pockets to the reference tunnel model. An optimal solution by combining the analysis results of the tunnel entrance shape, the depth of the blast pockets, and the upper and lower parts of the blast pockets was provided in comparison to the reference tunnel model. The blast overpressures using the proposed tunnel shape have been reduced effectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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