Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.3
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pp.91-99
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2024
Piping systems are crucial facilities used in various industries, particularly in areas related to daily life and safety. Piping systems are fixed to the main structures of buildings and facilities but do not support external loads and serve as non-structural elements performing specific functions. Piping systems are affected by relative displacements owing to phase differences arising from different behaviors between two support points under seismic loads; this can cause damage owing to the displacement-dominant cyclic behavior. Fittings and joints in piping systems are representative elements that are vulnerable to seismic loads. To evaluate the seismic performance and limit states of fittings and joints in piping systems, a high-stroke actuator is required to simulate relative displacements. However, this is challenging because only few facilities can conduct these experiments. Therefore, element-level experiments are required to evaluate the seismic performance and limit states of piping systems connected by fittings and joints. This study proposed a method to evaluate the seismic performance of an elbow specimen that includes fittings and joints that are vulnerable to seismic loads in vertical piping systems. The elbow specimen was created by connecting straight pipes to both ends of a 90° pipe elbow using flexible groove joints. The seismic performance of the elbow specimen was evaluated using a cyclic loading protocol based on deformation angles. To determine the margin of the evaluated seismic performance, the limit states were assessed by applying cyclic loading with a constant amplitude.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10a
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pp.525-528
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1998
This paper reports on tests of reinforced concrete shear walls for wall-type apartment structure under axial loads and the cyclic reversal of lateral loads with different confinement of the boundary elements. Confinement of the extreme element by U-stirrups and tie hooks seems to be as effective as closed stirrups. The shear strength capacity seems not to be increased by the confinement but deformation capacity improved.
Pile foundations that support offshore structures or transmission towers are dominantly subjected to cyclic lateral loads due to wind and waves, causing permanent displacement which can severely affect stability of the structures. In this study, a series of cyclic lateral load tests were conducted on a pre-installed aluminum flexible pile in sandy soil with three different relative densities (40%, 70% and 90%) in order to evaluate the permanent displacement of a cyclic laterally loaded pile. Test results showed that the cyclic lateral loads accumulated the irreversible lateral displacement, so-called permanent displacement. As the number of cyclic lateral load increased, accumulated permanent displacement increased, but the permanent displacement due to one loading cycle gradually decreased. In addition, the permanent displacement of a pile increased with decrement of relative density and decreased by soil saturation. From the test results, the normalized permanent displacement defined as the cumulative permanent displacement to the initial permanent displacement ratio was investigated, and empirical equations for predicting the normalized permanent displacement was developed in terms of relative density of the soil and the number of cyclic lateral load.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.1
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pp.9-14
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2017
In the present work, a mechanical performances under cyclic loading in RC (Reinforced Concrete) beams with normal steel and FRPH (Fiber Reinforced Plastic Hybrid) bar are investigated. For the work, RC beam members with $200{\times}200{\times}2175mm$ of geometry and 24 Mpa of design strength are prepared, and 4-point-bending tests are performed for evaluation of cracking, yielding, and ultimate loads. Through static loading test, 48.9kN and 36.0 kN of yielding loads are measured for normal RC and FRPH beam, respectively. They have almost same ultimate load of 50.0 kN. Typical tension hardening behavior is observed in FRPH beam, which is caused by the behavior of FRPH bar with tension hardening. In cyclic loading conditions, FRPH beam has more smaller crack width and scattered crack pattern, and it shows more elastic recovery than normal RC beam. The energy dissipation ratio in FRPH beam is 0.83, which is greater than 0.62 in normal RC beam and it shows more effective resistance to cyclic loadings.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.10
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pp.1528-1534
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2001
In order to improve Leak-Be(ore-Break methodology, more precisely the crack growth evaluation, a round robin analysis was proposed by the CEA Saclay. The aim of this analysis was to evaluate the crack initiation life, penetration life and shape of through wall crack under cyclic bending loads. The proposed round robin analysis is composed of three main topic; fatigue crack initiation, crack propagation and crack penetration. This paper deals with the first topic, crack initiation in a notched pipe under four point bending. Both elastic-plastic finite element analysis and Neuber's rule were used to estimate the crack initiation life and the finite element models were verified by mesh-refinement, stress distribution and global deflection. In elastic-plastic finite element analysis, crack initiation life was determined by strain amplitude at the notch tip and strain-life curve of the material. In the analytical method, Neuber's rule with the consideration of load history and mean stress effect, was used for the life estimation. The effect of notch tip radius, strain range, cyclic hardening rule were examined in this study. When these results were compared with the experimental ones, the global deformation was a good agreement but the crack initiation cycle was higher than the experimental result.
Park, Minseok;Kim, Chul-Young;Han, Jongwook;Chae, Yunbyeong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.6
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pp.637-644
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2021
Dynamic response of structures can be evaluated experimentally by conducting cyclic loading tests. It has been known that steel materials are rate-dependent and the lateral response of a structure is significantly affected by the presence of axial force. However, the rate-dependency of steel column structures subjected to both axial and lateral loads has not been sufficiently studied yet due to the difficulty of controlling the axial force in a real-time manner during test. This study introduces an advanced way to apply the axial load in real-time to a column specimen using the adaptive time series (ATS) compensator and the flexible loading beam (FLB), where the H-shape steel columns made of SS275 are used for monotonic and cyclic loading tests with various loading rates with axial loads. The lateral strength and post-yield response of the steel columns are compared for each of monotonic and cyclic loading tests. The estimating equation of yield stress of various strain rate has proposed and finite element analysis were performed for comparison.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.4
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pp.469-476
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2023
Soil plasticity models for cyclic and dynamic loads are essential in non-linear numerical analysis of geotechnical structures. While a single yield surface model shows a linear behavior for cyclic loads, J2-bounding surface plasticity model with zero elastic region can effectively simulate a nonlinearity of the ground response with the same material properties. The radius of the yield surface inside the boundary surface converged to 0 to make the elastic region disappear, and plastic hardening modulus and dilatancy define plastic strain increment. This paper presents the stress-strain incremental equation of the developed model, and derives plastic hardening modulus for the hyperbolic model. The comparative analyses of the triaxial compression test and the shallow foundation under the cyclic load can show stable numerical convergence, consistency with the theoretical solution, and hysteresis behavior. In addition, plastic hardening modulus for the modified hyperbolic function is presented, and a methodology to estimate model variables conforming 1D equivalent linear model is proposed for numerical modeling of the multi-dimensional behavior of the ground.
Alireza Hasibi Taheri;Navid Hadiani;S. Mohammad Ali Sadredini;Mahmood Zakeri Nayeri
Geomechanics and Engineering
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v.36
no.4
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pp.317-328
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2024
Adopting a rational engineering methodology for building structures on sandy-clay soil layers has become increasingly important since it is crucial when structures erected on them often face seismic and cyclic wave loads. Such loads can cause a reduction in the stiffness, strength, and stability of the structure, particularly under un-drained conditions. Hence, this study aims to investigate how the dynamic properties of sand-clay mixtures are affected by loading frequency and clay content. Cyclic triaxial tests were performed on a total of 36 samples, comprising pure sand with a relative density of 60% and sand with varying percentages of clay. The tests were conducted under confining pressures of 50 and 100 kPa, and the samples' dynamic behavior was analyzed at loading frequencies of 0.1, 1, and 4 Hz. The findings indicate that an increase in confining pressure leads to greater inter-particle interaction and a reduced void ratio, which results in an increase in the soil's shear modulus. An increase in the shear strength and confinement of the samples led to a decrease in energy dissipation and damping ratio. Changes in loading frequency showed that as the frequency increased, the damping ratio decreased, and the strength of the samples increased. Increasing the loading frequency not only reflects changes in frequency but also reduces the relative permeability and enhances the resistance of samples. An analysis of the dynamic properties of sand and sand-clay mixtures indicates that the introduction of clay to a sand sample reduces the shear modulus and permeability properties.
An experimental study has been conducted by using the Cyclic Direct Simple Shear apparatus to evaluate the influence of average and cyclic shear stresses on the undrained shear failure behavior of marine silty sand considering various relative densities. The obtained results show that despite using different relative densities, similar trends were gained in the cyclic shear deformation. Moreover, the cyclic shear deformation is affected mainly by the average and cyclic shear stresses. The number of cyclic loads for failure is significantly affected by the cyclic shear stress ratio and relative density, and is less affected by the average shear stress ratio. The proposed three-dimensional stress-dependent failure contour can be used effectively to assess the soil shear strength considering various relative densities in the design of foundation used for offshore structures.
Ali, Mustafa M.;Osman, S.A.;Husam, O.A.;Al-Zand, Ahmed W.
Steel and Composite Structures
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v.26
no.3
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pp.361-373
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2018
This paper presents the development of finite element (FE) models to simulate the behavior of diagonally stiffened steel plate shear wall systems (SPSWs) with differently shaped openings subjected to a cyclic load. This walling system has the potential to be used for shear elements that resist lateral loads in steel-framed buildings. A number of $\text\tiny{^1/_2}$-scale one-story buildings that were un-stiffened, stiffened and stiffened with opening SPSWs are modeled and simulated using the finite element method based on experimental data from previous research. After validating the finite element (FE) models, the effects of infill plate thickness on the cyclic behavior of steel shear walls are investigated. Furthermore, triple diagonal stiffeners are added to the steel infill plates of the SPSWs, and the effects are studied. Moreover, the effects of a number of differently shaped openings applied to the infill plate are studied. The results indicate that the bearing capacity and shear resistance are affected positively by increasing the infill plate thickness and by adding triple diagonal stiffeners. In addition, the cyclic behavior of SPSWs is improved, even with an opening in the SPSWs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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