Manhole cover, which is usually made of grey cast iron and consists of frame and cover, should have enough strength to support the heavy traffic load. The manhole cover made of cast iron has heavy weight to handle manually and is vulnerable to impact force with its brittle characteristics. Moreover, its production process of casting has been regulated in terms of environmental pollution. In this study, steel manhole cover is proposed to substitute the cast cover with a series of structural analyses to confirm its strength to support the test load for manhole cover. The cover of the proposed steel manhole cover is made of thin circular pate and stiffeners below the plate. Rectangular columns and hollow circular plate were selected for the shape of the stiffener. In order to give enough strength for the cover to behave within elastic range in the loading, strengthening structures of the cover were varied with increasing the number and the size of the stiffeners. The results of the analyses revealed that when both the hollow circular stiffener and cross stiffeners were additionally applied at the same time to the steel cover with longitudinal stiffeners, the maximum stress level in the cover could be reduced to that level presented in the cast cover.
The rubber materials are widely used in automobile industry due to their capability of a large amount of elastic deformation under a force. Current trend of design process requires prediction of functional properties of parts at early stage. The behavior of rubber material can be modeled using strain energy density function. In this study, five different strain energy density functions - Neo-Hookean model, Reduced Polynomial $2^{nd}$ model, Ogden $3^{rd}$ model, Arruda Boyce model and Van der Waals model - were used to estimate the behavior of carbon black added natural rubber under uniaxial load. Two kinds of tests - uniaxial tension test and biaxial tension test - were performed and used to correlate the coefficients of the strain energy density function. Numerical simulations were carried out using finite element analysis and compared with experimental results. Simulation revealed that Ogden $3^{rd}$ model predicted the behavior of carbon added natural rubber under uniaxial load regardless of experimental data selection for coefficient correlation. However, Reduced Polynomial $2^{nd}$, Ogden $3^{rd}$, and Van der Waals with uniaxial tension test and biaxial tension test data selected for coefficient correlation showed close estimation of behavior of biaxial tension test. Reduced Polynomial $2^{nd}$ model predicted the behavior of biaxial tension test most closely.
The p-version nonlinear finite element model has been developed to analyze the nonlinear behavior of simply supported RC slabs strengthened with carbon fiber reinforced plastic sheets. The shape function is adopted with integral of Legendre polynomials. The compression model of concrete is based on the Kupfer's yield criterion, hardening rule, and crushing condition. The cracking behavior is modeled by a smeared crack model. In this study, the fixed crack approach is adopted as being geometrically fixed in direction once generated. Each steel layer has a uniaxial behavior resisting only the axial force in the bar direction. Identical behavior is assumed fur tension and compression of steel according to the elastic modulus. The carbon fiber reinforced plastic sheets are considered as reinforced layers of equivalent thickness with uniaxial strength and rigidity properties in the present model. It is shown that the proposed model is able to adequately predicte the displacement and ultimate load of nonlinear simply supported RC slabs by a patch with respect to reinforcement ratio, thickness and angles of CFRP sheets.
Damage potential has been investigated for a domestic metropolitan railway bridge subjected to 2016 Gyeongju earthquake which has been reported as the strongest earthquake in Korea. For this purpose, nonlinear static pushover analyses for the bridge piers have been carried out to evaluate ductility capacities. Then, the capacities have been compared with those suggested by Railway Design Standards of Korea. This comparison shows that all piers possess enough safety margins. Nonlinear dynamic time-history analysis has also been conducted to estimate both displacement and shear force demands for the bridge subjected to ground motions recorded at stations in near of Gyeongju. Maximum demands reveal that response under the ground motions remains essentially in elastic. In addition, for a further assessment of the bridge under the Gyeongju earthquake, fragility analyses have been performed using those ground motions. The fragility results indicate that the recorded earthquakes do not significantly affect the damage exceedance probability of the bridge piers.
Current seismic design provisions allow structures to deform into inelastic range during design level earthquakes since the chance to meet such event is quite rare. For this purpose, design base shear is defined in current seismic design provisions as the value of elastic seismic shear force divided by strength reduction factor, R (${\geq}1$). Strength reduction factor generally consists of four different factors, which can account for ductility capacity, overstrength, damping, and redundancy inherent in structures respectively. In this study, R factor is assumed to account for only the ductility rather than overstrength, damping, and redundancy. The R factor considering ductility is called "ductility factor" ($R_{\mu}$). This study proposes ductility factor with correction factor, C, which can account for dynamic P-${\Delta}$ effect. Correction factor, C is established as the functional form since it requires computational efforts and time for calculating this factor. From the statistical study using the results of nonlinear dynamic analysis for 40 earthquake ground motions (EQGM) it is shown that the dependence of C factor on structural period is weak, whereas C factor is strongly dependant on the change of ductility ratio and stability coefficient. To propose the functional form of C factor statistical study is carried out using 79,920 nonlinear dynamic analysis results for different combination of parameters and 40 EQGM.
A composite model is used to represent the heterogeneity of plain concrete consisting of coarse aggregates, mortar matrix and the mortar-aggregate interface. The composite elements of plain concrete are modeled using triangular finite element units which have six interface nodes along the sides. Fracture is captured through a constitutive single branch softening-fracture law at the interface nodes, which bounds the elastic domain inside each triangular unit. The inelastic displacement at an interface node represents the crack opening or sliding displacement and is conjugate to the internodal force. The path-dependent softening behaviour is developed within a quasi-prescribed displacement control formulation. The crack profile is restricted to the interface boundaries of the defined mesh. No re-meshing is carried out. Solutions to the rate formulation are obtained using a mathematical programming procedure in the form of a linear complementary problem. An event by event solution strategy is adopted to eliminate solutions with simultaneous formation of softening zones in symmetric problems. The composite plain concrete model is compared to experimental results for the tensile crack growth in a Brazilian test and three-point bending tests on different sized specimens. The model is also used to simulate wedge-type shear-compression failure directly under the loading platen of a Brazilian test.
Pounding between adjacent buildings is a significant challenge in metropolitan areas because buildings of different heights collide during earthquake excitations due to varying dynamic properties and narrow separation gaps. The seismic responses of adjacent buildings of varying height, coupled through soil subjected to earthquake-induced pounding, are evaluated in this paper. The lumped mass model is used to simulate the buildings and soil, while the linear visco-elastic contact force model is used to simulate pounding forces. The results indicate while the taller building is almost unaffected when the shorter building is very short, it suffers more from pounding with increasing height of the shorter building. The shorter building suffers more from the pounding with decreasing height and when its height differs substantially from that of the taller building. The minimum required separation gap to prevent pounding is increased with increasing height of the shorter building until the buildings become almost in-phase. Considering the soil effect; pounding forces are reduced, displacements and story shears are increased after pounding, and also, minimum separation gap required to prevent pounding is increased.
When an eccentrically braced frame (EBF) is subjected to severe earthquakes, the links experience inelastic deformations while beams outside of the link, braces and columns are designed to remain elastic. To perform reliable inelastic analyses of EBFs sufficient analytical model which can accurately predict the inelastic performance of the links is needed. It is said in the literature that available analytical models for shear links generally predict very well the maximum shear forces and deformations from experiments on shear links, but may underestimate the intermediary values. In this study it is shown that available analytical models do not predict very well the maximum shear forces and deformations too. In this study an analytical model which can accurately predict both maximum and intermediary values of shear force and deformation is proposed. The model parameters are established based on test results from several experiments on shear links. Comparison of available test results with the hysteresis curves obtained using the proposed analytical model established the accuracy of the model. The proposed model is recommended to be used to perform inelastic analyses of EBFs.
First-order reliability method (FORM) is enhanced based on the search direction using relaxed conjugate reliability (RCR) approach for the embedded nanocomposite beam under buckling failure mode. The RCR method is formulated using discrete conjugate map with a limited scalar factor. A dynamical relaxed factor is proposed to control instability of proposed RCR, which is adjusted using sufficient descent condition. The characteristic of equivalent materials for nanocomposite beam are obtained by micro-electro-mechanical model. The probabilistic model of nanocomposite beam is simulated using the sinusoidal shear deformation theory (SSDT). The beam is subjected to external applied voltage in thickness direction and the surrounding elastic medium is modeled by Pasternak foundation. The governing equations are derived in terms of energy method and Hamilton's principal. Using exact solution, the implicit buckling limit state function of nanocomposite beam is proposed, which is involved various random variables including thickness of beam, length of beam, spring constant of foundation, shear constant of foundation, applied voltage, and volume fraction of ZnO nanoparticles in polymer. The robustness, accuracy and efficiency of proposed RCR method are evaluated for this engineering structural reliability problem. The results demonstrate that proposed RCR method is more accurate and robust than the excising reliability methods-based FORM. The volume fraction of ZnO nanoparticles and the applied voltage are the sensitive variables on the reliable levels of the nanocomposite beams.
An object transport system is driven by a conveyor belt system or a magnetic levitation system. It is an indispensable device in many fields and especially it is very important in the factory automation. However, the conventional transport system can damage precision optical components by the contact force and destroy the inner structure of semiconductor by the magnetic field. The new transport system for transporting without damage is required. The ultrasonic transport system is a device that transports objects on the elastic body using ultrasonic wave. In this paper, an object transport system using the ultrasonic wave is developed for transporting precision elements without damage. Traveling waves are generated by the ultrasonic wave generator fixed in both ends of the beam. The traveling wave of the ultrasonic transport system is theoretically analyzed. Transport direction of the object is examined according to phase difference and frequency. The theoretical results are verified by experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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