Numerical simulation of dynamic soil-pile-structure interaction embedded in a dry sand was carried out. 3D model of the dynamic centrifuge model tests was formulated in a time domain to consider nonlinear behavior of soil using the finite difference method program, FLAC3D. As a modeling methodology, Mohr-Coulomb criteria was adopted as soil constitutive model. Soil nonlinearity was considered by adopting the hysteretic damping model, and an interface model which can simulate separation and slip between soil and pile was adopted. Simplified continuum modeling (Kim et al., 2012) was used as boundary condition to reduce analysis time. Calibration process for numerical modeling results and test results was performed through the parametric study. Verification process was then performed by comparing numerical modeling results with another test results. Based on the calibration and validation procedure, it is identified that proposed modeling method can properly simulate dynamic behavior of soil-pile system in dry condition.
Kim, Sun-Woo;Cha, Jun-Ho;Kim, Yun-Yong;Yun, Hyun-Do
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.5
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pp.727-736
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2010
This paper describes results of an preliminary study to produce strain hardening cement-based composites (SHCCs)with consideration of sustainability for infrastructure applications. The aims of this study are to evaluate the influence of recycled materials on the mechanical characteristics of SHCCs, such as compressive, four-point bending, and direct tensile behaviors, and to give basic data for constitutive model for analyzing and designing infra structures with SHCCs. In this study, silica sand, cement, and PVA fibers, were partially replaced with recycled sand, fly-ash, and FET fibers in the mixture of SHCCs, respectively. Test results indicated that fly-ash could improve both bending and direct tensile performance of SHCCs due to increasing chemical bond strength at the interface between PVA fibers and cement matrices. However, SHCCs replaced with PET fibers showed much lower performance in bending and direct tensile tests due to originally low mechanical properties of own fibers, although compressive behavior is similar to PVA2.0 specimen. Also, it was noted that the recycled sand would increase elastic modulus of SHCCs due to larger grain size compared to silica sand. Based on pre-set target value to maintain the performance of SHCCs, it was concluded that the replacement ratio below 20% of fly-ash or below 50% of recycled sands would be desirable for creating sustainable SHCCs.
Current design methods for reinforced earth structures take no account of the magnitude of the strains induced in the tensile members as these are invariably manufactured from high modulus materials, such as steel, where straits are unlikely to be significant. With fabrics, however, large strains may frequently be induced and it is important to determine these to enable the stability of the structure to be assessed. In the present paper internal design method of analysis relating to the use of fabric reinforcements in reinforced earth structures for both stress and strain considerations is presented. For the internal stability analysis against rupture and pullout of the fabric reinforcements, a strain compatibility analysis procedure that considers the effects of reinforcement stiffness, relative movement between the soil and reinforcements, and compaction-induced stresses as studied by Ehrlich 8l Mitchell is used. I Bowever, the soil-reinforcement interaction is modeled by relating nonlinear elastic soil behavior to nonlinear response of the reinforcement. The soil constitutive model used is a modified vertsion of the hyperbolic soil model and compaction stress model proposed by Duncan et at., and iterative step-loading approach is used to take nonlinear soil behavior into consideration. The effects of seepage pressures are also dealt with in the proposed method of analy For purposes of assessing the strain behavior oi the fabric reinforcements, nonlinear model of hyperbolic form describing the load-extension relation of fabrics is employed. A procedure for specifying the strength characteristics of paraweb polyester fibre multicord, needle punched non-woven geotHxtile and knitted polyester geogrid is also described which may provide a more convenient procedure for incorporating the fablic properties into the prediction of fabric deformations. An attempt to define improvement in bond-linkage at the interconnecting nodes of the fabric reinforced earth stracture due to the confining stress is further made. The proposed method of analysis has been applied to estimate the maximum tensions, deformations and strains of the fabric reinforcements. The results are then compared with those of finite element analysis and experimental tests, and show in general good agreements indicating the effectiveness of the proposed method of analysis. Analytical parametric studies are also carried out to investigate the effects of relative soil-fabric reinforcement stiffness, locked-in stresses, compaction load and seepage pressures on the magnitude and variation of the fabric deformations.
Kim, Seul-Kee;Kim, Jeong-Hyeon;Lee, Chi-Seung;Kim, Myung-Hyun;Lee, Jae-Myung
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.1
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pp.1-8
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2015
In this paper, computational evaluation method for fatigue crack growth rate(FCGR) based on material viscoplastic-damage model is proposed. Viscoplastic-damage model expressing material constitutive behavior of 7% nickel steel is introduced and is implemented into commercial finite element analysis(FEA) code, ABAQUS, as a user defined material subroutine(UMAT) for application in the FEA environments. Verification of developed UMAT and material parameters of material model are carried out by uniaxial tensile test simulations of 7% nickel steel. Moreover, jump-in-cycles procedure and rearrangement of critical damage are employed and also implemented to the ABAQUS UMAT for fatigue damage analysis. Typical FCGR test results such as relationship between crack length and number of cycles and relationship between da/dN and ${\Delta}K$ could be obtained from FCGR test simulation using developed UMAT and these results are compared with experimental results in order to verify of proposed computational method.
The purpose of this study is to provide analytical method to reasonably predict the overall behavior up to destruction of reinforced concrete panel specimens using high-strength reinforcing bar. A total of 12 specimens of reinforced concrete panels with a wall thickness one-third the size of the actual nuclear containment structures under various loading conditions and design parameters were selected and the analysis was performed using a non-linear finite element analysis program (RCAHEST) was developed by the authors. The mean and coefficient of variation for shear strength at cracking point and maximum shear strength from the experiment and analysis results was predicted 1.03 and 12%, 0.97 and 9%, respectively. For the shear strain at the maximum shear strength from the experiment and analysis results was predicted 0.96 and 30%, respectively. Based on the results, the analysis program that was applied newly modified constitutive equation in this study is judged as having a relatively high reliability for the analysis results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.403-414
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1994
Nonlinear analysis of RC containment structure under thermal load and pressure is presented to trace the behaviour after an assumed LOCA. The temperature distribution varying with time through the wall thickness is determined by transient finite element analysis with the two time level scheme in time domain. The layered shell finite elements are used to represent the containment structures in nuclear power plants. Both geometric and material nonlinearities are taken into account in the finite element formulation. The constitutive relation of concrete is modeled according to Drucker-Prager yield criteria in compression. Tension stiffening model is used to represent the tensile behaviour of concrete including bond effect. The reinforcing bars are modeled by smeared layer at the location of reinforcements accounting elasto-plastic axial behaviors. The steel liner model under Von Mises yield criteria is adopted to represent elastic-perfect plastic behaviour. Geometric nonlinearity is formulated to consider the large displacement effect. Thermal stress components are determined by the initial strain concept during each time step. The temperature differential between any two consecutive time steps is considered as a load incremental. The numerical results from this study reveal that nonlinear temperature gradient based on transient thermal analysis will produces excessive large displacement. Nonlinear behavior of containment structures up to ultimate stage can be traced reallistically. The present study allows more realistic analysis of concrete containment structures in nuclear power plants.
Lim, Hyun-Kyu;Lee, Young-Geun;Kang, Jun Won;Chi, Ho-Seok;Cho, Ho-Hyun;Kim, Moon-Soo
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.429-436
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2014
This paper presents the seismic performance of a geometrically unsymmetrical reinforced concrete building considering torsional effect and material nonlinearity of concrete and steel. The reinforced concrete building is a structure for seismic performance evaluation in the SMART-2013 international benchmark program. Nonlinear constitutive models for concrete and steel were constructed, and their numerical performance was demonstrated by various local tests. Modal analysis showed that the first three natural frequencies and mode shapes were close to the experimental results from the SMART-2013 program. In the time history analysis for low-intensity seismic loadings, displacement and acceleration responses at sampling points were similar to the experimental results. In the end, nonlinear time history analysis was conducted for Northridge earthquake to predict the behavior of the reinforced concrete structure under high-intensity seismic loadings.
Park, Jae-Guen;Lee, Byeong-Ju;Kim, Moon-Young;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.6
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pp.697-704
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2008
This paper presents an analytical prediction of Nonlinear characteristics of prestressed concrete bridges by strengthened of externally tendon considering construction sequence, using unbonded tendon element and beam-column element based on flexibility method. Unbonded tendon model can represent unbounded tendon behavior in concrete of PSC structures and it can deal with the prestressing transfer of posttensioned structures and calculate prestressed concrete structures more efficiently. This tendon model made up the several nodes and segment, therefore a real tendon of same geometry in the prestressed concrete structure can be simulated the one element. The beam-column element was developed with reinforced concrete material nonlinearities which are based on the smeared crack concept. The fiber hysteresis rule of beam-column element is derived from the uniaxial constitutive relations of concrete and reinforcing steel fibers. The formulation of beam-column element is based on flexibility. Beam-column element and unbonded tendon element were be involved in A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), that were used the analysis of RC and PSC structures. The proposed numerical method for prestressed concrete structures by strengthened of externally tendon is verified by comparison with reliable experimental results.
In rock mass subject to high in-situ stresses, the failure process of rock is dominated by the stress-induced fractures growing parallel to the excavation boundary. When the ratio of in situ stresses compared to rock strength is greater than a certain value, progressive brittle failure which is characterized by popping and spatting of rock debris occurs due to stress concentration. Traditional constitutive model like Mohr-Coulomb usually assume that the normal stress dependent frictional strength component and the cohesion strength component are constant, therefore modelling progressive brittle failure will be very difficult. In this study, a series of numerical analyses were conducted for surrounding rock mass near crude oil storage cavern using CW-FS model which was known to be efficient for modelling brittle failure and the results were compared with those of linear Mohr-Coulomb model. Further analyses were performed by varying plastic shear strain limits on cohesion and internal friction angle to find the proper values which yield the matching result with the observed failure in the oil storage caverns. The obtained results showed that CW-FS model could be a proper method to characterize essential behavior of progressive brittle failure in competent rock mass.
In this study, verification of the nonlinear effective stress analysis is performed for introducing performance based earthquake resistance design of port and harbor structures. Seismic response of gravitational caisson quay wall in numerical analysis is compared directly with dynamic centrifuge test results in prototype scale. Inside of the rigid box, model of the gravitational quay wall is placed above the saturated sand layer which can show the increase of excess pore water pressure. The model represents caisson quay wall with a height of 10 m, width of 6 m under centrifugal acceleration of 60 g. The numerical model is made in the same dimension with the prototype scale of the test in two dimensional plane strain condition. Byrne's liquefaction model is adopted together with a nonlinear constitutive model. Interface element is used for sliding and tensional separation between quay wall and the adjacent soils. Verification results show good agreement for permanent displacement of the quay wall, horizontal acceleration at quay wall and soil layer, and excess pore water pressure increment beneath the quay wall foundation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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