Lightweight Foamed Soil (LWFS) is a useful material for underground pipe backfill because of reusability of excavated soil and no compaction effect. In this research, a pilot test is carried out and monitoring results are analyzed to investigate behaviors of a flexible pipe, when LWFS is applied as a backfill material. Simultaneously, they are compared with another test case which is backfilled with Saemangeum dredged soil. As a result, the vertical earth pressure of the case backfilled with LWFS slurry presents that decreases as much as 25.6% in comparison with dredged soil and it is only within 10% after solidification. In case backfilled with dredged soil, the horizontal earth pressure is more than 3.6 times of the case used by LWFS and the vertical and horizontal deformation is more than 3.2 and 2.6 times of the case, respectively. It presents excellent effects on earth pressure and deformation reduction of LWFS. The stresses measured at the upper side of the pipe generally present compressive aspects in case backfilled with dredged soil. However, they present tensile aspects in case of LWFS. It is because of negative moment occurred at the center of the pipe due to the buoyancy from LWFS slurry. Conclusively, LWFS using Saemangeum dredged soil is very excellent material to use near the area in comparison with the dredged soil. However, the countermeasure to prevent the buoyancy is required.
To explore the influence of coal thickness on the mechanical behavior and the failure characteristics of rock-coal-rock (RCR) mass, the experimental investigation of uniaxial compressive tests was conducted first and then a systematic numerical simulation by particle flow code (PFC2D) was performed to deeply analyze the failure mechanical behavior of RCR specimens with different coal thicknesses in conventional compression tests. The overall elastic modulus and peak stress of RCR specimens lie between the rock and the coal. Inter-particle properties were calibrated to match the physical sample strength and the stiffness response. Numerical simulation results show that the deformation and strength behaviors of RCR specimens depend not only on the coal thickness, but also on the confining pressure. Under low confining pressures, the overall failure mechanism of RCR specimen is the serious damage of coal section when the coal thickness is smaller than 30 mm, but it is shear failure of coal section when the coal thickness is larger than 30 mm. Whereas under high confining pressures, obvious shear bands exist in both the coal section and the rock section when the coal thickness is larger than 30 mm, but when the coal thickness is smaller than 30mm, the failure mechanism is serious damage of coal section and shear failure of rock section.
For moderately jointed to massive rock masses, the failure and deformation behaviors around an excavated opening are absolutely influenced by the initial rock stress and strength of in-situ rock mass. The localized and progressive brittle failure around an opening does not mean whole collapse of an excavated opening. But, for many cases, it may induce temporary stopping of excavation works and reexamination of the current supporting system, which can result in delay of the entire construction works and additional construction cost. In this paper, the characteristics of the brittle failure around an opening with stress level and tunnel shape was studied by the biaxial compressive test using scaled specimen and by the numerical simulation with $PFC^{2D}$. The biaxial test results were well coincided with the stress induced failure patterns around the excavated openings observed and monitored in the in-situ condition. For the circular part of the opening wall, the stress induced cracks initially occurred at the wall surface in the direction of the minimum principal stress and contributed to the localized notch shaped failure region having a certain range of angle. But for the corner and straight part of the opening wall, the cracks initiated at sharp corners were connected and coalesced each other and with existing micro cracks. Further they resulted in a big notch shaped failure region connecting two sharp corners.
The shear behavior of simply supported reinforced concrete deep beams subject to concentrated loads has been scrutinized experimentally to verify the influence of the structural parameters such as concrete strength, shear span-depth ratio, and web reinforcements. A total of 42 reinforced concrete deep beams with compressive strengths of 250 kg/$cm^2$ and 500 kg/$cm^2$ has been tested at the laboratory under one or two-point top loading. The shear span-depth ratio have been taken as three types of 0.4, 0.8 and 1.2, and the horizontal and vertical shear reinforcements ratio, ranging from 0.0 to 0.57 percent respectively. In the tests, the effects of the shear span-depth ratio, concrete strength and web reinforcements on the shear strength and crack initiation and propagation have been carefully checked and analyzed. From the tests, it has been observed that the failures of all specimens were due to shear and the shear behaviors of specimens were greatly affected by inclined cracks from the load application points to the supports in shear span. The load bearing capacities have changed significantly depending on the shear span ratio, and the efficiency of horizontal shear reinforcements were increased as the shear span-depth ratio decreased. The test results have been analyzed and compared with the formulas proposed by previous researchers and the design equation from the code. While the shear strengths obtained from the tests showed around 1.4 and 1.9 times higher than the values calculated by CIRIA guide and the domestic code, they were closely coincident with the formulas given by de Paiva's equation.
Park, Mi-Hee;Chang, Chan-Dong;Jo, Yeong-Uk;Choo, Min-Kyoung;Yum, Byoung-Woo
The Journal of Engineering Geology
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v.21
no.2
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pp.147-156
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2011
We conducted laboratory experiments to determine the physical and mechanical properties, and the failure behaviors, of cements for use as grouting material in a $CO_2$-injection borehole. Samples with lour different ratios of water to cement mass (0.4, 1, 2, and 3) were tested. The analyzed properties (porosity, sonic velocity, modulus, and compressive and tensile strengths) varied systematically as a function of the ratio of water to cement (w/c), showing a sharp change between w/c ratios of 0.4 and 1. Triaxial compression tests revealed a clear boundary between brittle and ductile failure depending on the w/c ratio and confining pressure. The present results can be utilized as input parameters for numerical models to understand the initial deformation and failure behavior of grouting cements in a $CO_2$-injection borehole.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.4
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pp.371-377
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2014
In tissue engineering, a scaffold is a three-dimensional(3D) structure that serves as a template for regeneration the functions of damaged tissues or organs. Among materials for scaffolds, polycaprolactone(PCL) and ${\beta}$-tricalcium phosphate(${\beta}$-TCP) are biodegradable and biocompatible. In this study, we fabricated 3D PCL, blended PCL (60 wt %)/${\beta}$-TCP (40 wt %), and pure ${\beta}$-TCP scaffolds by a multi-head scaffold fabrication system. Scaffolds with a pore size of $600{\pm}20{\mu}m$ was observed by scanning electron microscopy. The effects of 3D PCL, blended PCL (60 wt %)/${\beta}$-TCP (40 wt %) and pure ${\beta}$-TCP scaffolds were analyzed by evaluating their mechanical characteristics. In addition, in an in-vitro study using osteoblast-like saos-2 cells, we confirmed the effects of 3D scaffolds on cellular behaviors such as cell adhesion and proliferation. In summary, the 3D blended PCL (60 wt %)/${\beta}$-TCP (40 wt %) scaffold was found to be suitable for human cancellous bone in terms of its the compressive strength, biocompatibility, and osteoconductivity. Thus, blending PCL and ${\beta}$-TCP could be a promising approach for fabricating 3D scaffolds for effective bone regeneration.
Oh, Woong Jin;Jung, Jae-Chil;Lee, Jung Hyun;Yeo, Jeong-gu;Lee, Da Hun;Park, Young Cheol;Kim, Hyunuk;Lee, Dong-Ho;Cho, Churl-Hee;Moon, Jong-Ho
Clean Technology
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v.24
no.3
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pp.239-248
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2018
In this study, pervaporation experiments of water, ethanol and IPA (Isopropyl alcohol) single components and water/ethanol, water/IPA mixtures were carried out using zeolite 4A membranes developed by Fine Tech Co. Ltd. Those membranes were fabricated by hydrothermal synthesis (growth in hydrothermal condition) after uniformly dispersing the zeolite seeds on the tubular alumina supports. They have a pore size of about $4{\AA}$ by ion exchange of $Na^+$ to the LTA structure with Si/Al ratio of 1.0, and shows strong hydrophilic property. Physical characteristics of prepared membranes were evaluated by using SEM (surface morphology), porosimetry (macro- or meso- pore analysis), BET (micropore analysis), and load tester (compressive strength). Pervaporation experiments with various temperature and concentration conditions confirmed that the zeolite 4A membrane can selectively separate water from ethanol and IPA. Water/ethanol separation factor was over 3,000 and water/IPA separation factor was over 1,500 (50 : 50 wt%, initial feed concentration). Pervaporation behaviors of single components and binary mixtures were predicted using ACM (activity coefficient model), GMS (generalized Maxwell Stefan) model and DGM (Dusty Gas Model). The adsorption and diffusion coefficients of the zeolite top layer were obtained by parameter estimation using GA (Genetic Algorithm, stochastic optimization method). All the calculations were carried out using MATLAB 2018a version.
Still no accurate theory exists for predicting ultimate shear strength of deep reinforced concrete beams because of the structural and material non-linearity after cracking. Currently, the load capacity assesment is performed for the upper structure of the bridges and containing non-reliability in the applications and results. The purpose in this study is to evaluate analytically the complex shear behaviors and normal strength for the reinforced concrete deep beams and to offer the accuracy load capacity assesment method based on the reliability theories. This paper presents a method for the load capacity assesment of reinforcement concrete deep beams using nonlinear finite element analysis. A computer program named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. Material non-linearity is taken Into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. From the results, determine the reliability index for the failure base on the Euro Code. Then, calculate additional reduction coefficient to satisfy the goals from the reliability analysis. The proposed numerical method for the load capacity assesment of reinforced concrete deep beams is verified by comparison with the others methods.
Seo, Young-Deuk;Choi, Hyoung-Suk;Kim, In-Tae;Kim, Jung Han;Jeong, Young-Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.19-26
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2021
The seismic isolation system have been applied in order to protect the collapse of bridge by seismic load and the vertical load transmitted from the superstructure. However, the failure and damages of non-shrinkage mortar, isolator and wedge in total 12 bridge were reported by Pohang Earthquake. In this study, the damage mechanism and behavior characteristics of elastomeric bearing by an earthquake were evaluated to consider the seismic isolation system including non-shrinkage mortar and the seat concrete of pier. To discuss the effect of installed wedge and damage mode of elastomeric bearing, the compressive-shear tests were carried out. Also, the mechanical behaviors and damage mechanism for each component of elastomeric bearing were evaluated by using finite element analysis. From the test results, the cracks were created at boundary between non-shrinkage mortar and seismic isolator and the shear loads were rapidly increased after bump into wedge. The cause for damage mechanism of seismic isolation system was investigated by comparing stress distribution of anchor socket and non-shrinkage mortar depending on wedge during earthquake.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.3
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pp.193-201
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2023
In this study, a nonlinear truss finite element is developed to analyze structures with negative Poisson effect-induced tensile buckling. In general, the well-known buckling phenomenon is a stability problem under a compressive load, whereas tensile buckling occurs because of local compression caused by tension. It is not as well-known as classical buckling because it is a recent study. The mechanism of tensile buckling can be briefly explained from an energy standpoint. The nonlinear truss finite element with a torsional spring is formulated because the finite element has not been reported in the literature yet. The post-buckling analysis is then performed using the generalized displacement control method, which reveals that the torsional spring plays an important role in tensile buckling. Structures that mimic a negative Poisson effect can be constructed using such post-buckling behaviors, and one of the possible applications is a mechanical switch. The results obtained are compared to those of analytical solutions and commercial finite element analysis to assess the validity of the proposed finite element model. The numerical results show that the developed finite element model could be a viable option for the basic design of nonlinear structures with a negative Poisson effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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