Ahmed M. Yousef;Karim Abd El-Hady;Mohamed E. El-Madawy
Structural Monitoring and Maintenance
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v.9
no.4
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pp.337-357
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2022
The objective of this study is to present a data-driven machine learning (ML) framework for predicting ultimate shear strength and failure modes of reinforced concrete ledge beams. Experimental tests were collected on these beams with different loading, geometric and material properties. The database was analyzed using different ML algorithms including decision trees, discriminant analysis, support vector machine, logistic regression, nearest neighbors, naïve bayes, ensemble and artificial neural networks to identify the governing and critical parameters of reinforced concrete ledge beams. The results showed that ML framework can effectively identify the failure mode of these beams either web shear failure, flexural failure or ledge failure. ML framework can also derive equations for predicting the ultimate shear strength for each failure mode. A comparison of the ultimate shear strength of ledge failure was conducted between the experimental results and the results from the proposed equations and the design equations used by international codes. These comparisons indicated that the proposed ML equations predict the ultimate shear strength of reinforced concrete ledge beams better than the design equations of AASHTO LRFD-2020 or PCI-2020.
In this paper, an experimental study have been many studies on the joints of steel structure, for it has great influences on the safety of structures. Research on block shear rupture of the joint receiving pure tension have been done in foreign countries, but not in Korea. This study focuses on the propriety of block shear design code, according to limited state design criteria of steel structures recently established in Korea, by an experiment on the joint of angle tension members. The methods of this study were to compare other study results on block shear rupture mode and ultimate capacity, and to evaluate the propriety of the criteria design code. The result is that tension yield shear ruptures and shear yield tension ruptures happened at the joint, and the experimental rupture load was 15% higher than the capacity entered in the criteria design code. We conclude that it is necessary to revaluate the block shear design code presented by many studies on the limited state design criteria of steel structures.
An object oriented numerical analysis program of axial-flexural elements and the step-by-step method (SSM) has been developed to analyze concrete long-term behaviors of structures constrained internally and externally. The results of the numerical analysis for simple and continuous prestressed (PS) concrete box and composite girders, pre-cast slab of continuous steel composite girder, and simple preflex composite girder show that the adjusting coefficient decreases by increasing constraint. The loss rates of pre-tension force were not sensitive but those of pre-compression force were increased rapidly by decreasing adjusting coefficient. This indicates that the design based on the loss rate of pre-tension can over-estimate the pre-compression force in a concrete section constrained internally and externally. The adjusting coefficients which satisfy results of the numerical analysis are 0.35~0.95, and it can be used as an index of constraint of concrete long-term deformation. The adjusting coefficient 0.5 of Bridge Design Specifications can under-estimate residual stress of PS concrete slab, and the coefficient 0.7 or 0.8 of LRFD Bridge Designing Specifications can under-estimate the loss rates of continuous PS concrete girders. The adjusting coefficient of hybrid structures should be less then 0.4.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.4
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pp.25-36
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1984
This paper checked up the safety criteria of the steel structural members by LRFD. And it calculated the resistance and load modulus for it by the proposed method, considering our circumstance, by establisting the taget relability index (${\beta}_0$), and compared their calculated modulus with the nominal safety factors of the road-bridge code and analyzed them. Uncertain quantity measurements fnr the resistance of the steel structural members and for the load effect are due to the method of the uncertain quantity analysis of the load and the resistance, of Galambos-Ravindra and SGST. The summary of the results is as follows: 1) Considering our circumstance, taget relibility index(${\beta}_0$) for current steel structural members are appropriate ${\beta}_0=3.5$. 2) Nominal resistance ${\Phi}^{\prime}$ of the strength design formula for 1) and nominal load modulus ${\gamma}_i^{\prime}$ are as follows; a) Both-sides support plate: ${\Phi}{^{\prime}}=0.75$, ${\gamma}_0{^{\prime}}=1.04$, ${\gamma}_L{^{\prime}}=2.08$ b) One-side support plate: ${\Phi}{^{\prime}}=0.82$, ${\gamma}_0{^{\prime}}=1.04$, ${\gamma}_L{^{\prime}}=2.11$.
This paper proposes nominal flexural strength considering strain-hardening effect of HSB600 high performance steel for compact composite I-girders in positive bending. Unlike conventional steels, HSB600 undergoes strain-hardening just after yielding without going through yield plateau. However, because the nominal flexural strength specified in domestic and foreign bridge design specifications has been developed for the conventional steel composite girders, the nominal flexural strength does not appropriately consider the strain-hardening of HSB600. Therefore, plastic moment considering a strain-hardening is proposed so as to consider effect of the strain-hardening of HSB600 on flexural strength and then moment-curvature analysis is performed to a wide range of cross-sections. From results of the analysis, a parameter representing the effect of the strain-hardening on the flexural strength of HSB600 composite girders is proposed. Furthermore, by using this parameter, the nominal flexural strength considering the strain-hardening effect for HSB600 composite I-girders in positive bending is proposed and then evaluated by comparing with the current AASHTO LRFD bridge design specifications.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.133-144
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2009
Incheon Bridge, 18.4 km long sea-crossing bridge, will be opened to the traffic in October 2009 and this will be the new landmark of the gearing up north-east Asia as well as the largest & longest bridge of Korea. Incheon Bridge is the integrated set of several special featured bridges including a magnificent cable-stayed girder bridge which has a main span of 800 m width to cross the navigation channel in and out of the Port of Incheon. Incheon Bridge is making an epoch of long-span bridge designs thanks to the fully application of the AASHTO LRFD (load & resistance factor design) to both the superstructures and the substructures. A state-of-the-art of the geotechnologies which were applied to the Incheon Bridge construction project is introduced. The most Large-diameter drilled shafts were penetrated into the bedrock to support the colossal superstructures. The bearing capacity and deformational characteristics of the foundations were verified through the world's largest static pile load test. 8 full-scale pilot piles were tested in both offshore site and onshore area prior to the commencement of constructions. Compressible load beyond 30,000 tonf pressed a single 3 m diameter foundation pile by means of bi-directional loading method including the Osterberg cell techniques. Detailed site investigation to characterize the subsurface properties had been carried out. Geotextile tubes, tied sheet pile walls, and trestles were utilized to overcome the very large tidal difference between ebb and flow at the foreshore site. 44 circular-cell type dolphins surround the piers near the navigation channel to protect the bridge against the collision with aberrant vessels. Each dolphin structure consists of the flat sheet piled wall and infilled aggregates to absorb the collision impact. Geo-centrifugal tests were performed to evaluate the behavior of the dolphin in the seabed and to verify the numerical model for the design. Rip-rap embankments on the seabed are expected to prevent the scouring of the foundation. Prefabricated vertical drains, sand compaction piles, deep cement mixings, horizontal natural-fiber drains, and other subsidiary methods were used to improve the soft ground for the site of abutments, toll plazas, and access roads. Light-weight backfill using EPS blocks helps to reduce the earth pressure behind the abutment on the soft ground. Some kinds of reinforced earth like as MSE using geosynthetics were utilized for the ring wall of the abutment. Soil steel bridges made of corrugated steel plates and engineered backfills were constructed for the open-cut tunnel and the culvert. Diverse experiences of advanced designs and constructions from the Incheon Bridge project have been propagated by relevant engineers and it is strongly expected that significant achievements in geotechnical engineering through this project will contribute to the national development of the longspan bridge technologies remarkably.
The suspended dome system is a new structural form that has become popular in the construction of long-span roof structures. Suspended dome is a kind of new pre-stressed space grid structure that has complex mechanical characteristics. In this paper, an optimum topology design algorithm is performed using the enhanced colliding bodies optimization (ECBO) method. The length of the strut, the cable initial strain, the cross-sectional area of the cables and the cross-sectional size of steel elements are adopted as design variables and the minimum volume of each dome is taken as the objective function. The topology optimization on lamella dome is performed by considering the type of the joint connections to determine the optimum number of rings, the optimum number of joints in each ring, the optimum height of crown and tubular sections of these domes. A simple procedure is provided to determine the configuration of the dome. This procedure includes calculating the joint coordinates and steel elements and cables constructions. The design constraints are implemented according to the provision of LRFD-AISC (Load and Resistance Factor Design-American Institute of Steel Constitution). This paper explores the efficiency of lamella dome with pin-joint and rigid-joint connections and compares them to investigate the performance of these domes under wind (according to the ASCE 7-05), dead and snow loading conditions. Then, a suspended dome with pin-joint single-layer reticulated shell and a suspended dome with rigid-joint single-layer reticulated shell are discussed. Optimization is performed via ECBO algorithm to demonstrate the effectiveness and robustness of the ECBO in creating optimal design for suspended domes.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.3_1spc
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pp.518-524
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2013
Recently, probabilistic assessments of nuclear power plant components have generated interest in the nuclear industries, either for the efficient inspection and maintenance of older nuclear plants or for improving the safety and cost-effective design of newly constructed nuclear plants. In the present paper, the partial safety factor (PSF) of wall-thinned nuclear piping is evaluated based on a reliability index method, from which the effect of each statistical variable (assessment parameter) on a certain target probability is evaluated. In order to calculate the PSF of a wall-thinned pipe, a limit state function based on the load and resistance factor design (LRFD) concept is first constructed. As for the reliability assessment method, both the advanced first-order second moment (AFOSM) method and second-order reliability method (SORM) are employed to determine the PSF of each probabilistic variable. The present results can be used for developing maintenance strategies considering the priorities of input variables for structural integrity assessments of wall-thinned piping, and this PSF concept can also be applied to the optimal design of the components of newly constructed plants considering the target reliability levels.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.6
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pp.1125-1146
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2018
Segment lining applied to the TBM tunnel is mainly made of concrete, and it requires sufficient structural capacity to resist loads received during the construction and also after the completion. When segment lining is design to the Limit State Design, both Ultimate Limit State (ULS) and Service Limit State (SLS) should be met for the possible load cases that covers both permanent and temporary load cases - such as load applied by TBM. When design segment lining, it is important to check structural capacity at the joints as both temporary and permanent loads are always transferred through the segment joints, and sometimes the load applied to the joint is high enough to damage the segment - so called bursting failure. According to the various design guides from UK (PAS 8810, 2016), compression stress at the joint surface can generate bursting failure of the segment. This is normally from the TBM's jacking force applied at the circumferential joint, and the lining's hoop thrust generated from the permanent loads applied at the radial joint. Therefore, precast concrete segment lining's joints shall be designed to have sufficient structural capacity to resist bursting stresses generated by the TBM's jacking force and by the hoop thrust. In this study, bursting stress at the segment joints are calculated, and the joint's structural capacity was assessed using Leonhardt (1964) and FEM analysis for three different design cases. For those three analysis cases, hoop thrust at the radial joint was calculated with the application of the most widely used limit state design codes Eurocode and AASHTO LRFD (2017). For the circumferential joints bursting design, an assumed TBM jack force was used with considering of the construction tolerance of the segments and the eccentricity of the jack's position. The analysis results show reinforcement is needed as joint bursting stresses exceeds the allowable tensile strength of concrete. This highlights that joint bursting check shall be considered as a mandatory design item in the limit state design of the segment lining.
Kim, Seok-Jung;Jung, Sung-Jun;Kwon, Oh-Sung;Kim, Myoung-Mo
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.427-434
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2010
Load Resistance Factor Design method is used increasingly in geotechnical design world widely and resistance factors for drilled shafts are suggested by AASHTO. However, these resistance factors are determined for intact rock conditions, by comparison most of bedrocks in Korea are weathered condition, so that applying the AASHTO resistance factors is not reasonable. Thus, this study suggests the proper resistance factors for design of drilled shaft in Korea. The 22 cases of pile load test data from 8 sites were chosen and reliability-based approach is used to analyze the data. Reliability analysis was performed by First Order Second Moment Method (FOSM) applying 4 bearing capacity equations. As a result, when the Factor of Safety(FOS) were selected as 3.0, the target reliability index($\beta_c$) were evaluated about 2.01~2.30. Resistance factors and load factors are determined from optimization based on above results. The resistance factors ranged between 0.48 and 0.56 and load factor for dead load and live load are evaluated approximately 1.25 and 1.75 respectively. However, when the target reliability are considered as 3.0, the resistance factors are evaluated as approximately 50% of results when the target reliability index were 2.0.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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