Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.6
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pp.423-446
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2023
Shield TBM tunnel linings are segmented into segments and rings. This study investigates the response characteristics of the stress and displacement of the segment lining under seismic waves through modeling that considers the interface behavior between segments by applying a shell interface element to the contact surface between segments and rings. And there is no management criteria for ovaling deformation of segment linings in Korea. So, this study the ovality criteria and meaning of segment lining. The results of study showed that the distribution patterns of stress and displacement under seismic waves were similar between continuous linings and segment linings. However, the maximum values of stress and displacement showed differences from segment linings. The stress distribution of the continuous lining modeled as a shell type has a stress distribution that has continuity in the 3D cylindrical shape, but the segment lining is concentrated outside the segment, and the largest stress occurs at the location where the contact surface between the segment and the ring is concentrated. This intermittent and localized stress distribution shows an increasing as the ovality of the lining increases at seismic waves. The ovality at which the increase in stress distribution begins to show irregularity and localization is about 150‰. Ovality of 150‰ is an unrealistic value that cannot represent actual lining deformation. Therefore, the ovality of the segment lining increase with depth, but it does not have a significant impact on the stability caused by seismic load.
The task of plastic theory is twofold: first, to set up relationships between stress and strain that adequately describe the observed plastic deformation of metals, and second, to develop techniques for using these relationships in studying of the mechanics of metal forming processes, and the anlaysis and design of structures. One of the major problems in the theory of plasticity is to describe the behavior of work-hardening materials in the plastic range for complex loading histories. This can be achieved by formulating constitutive laws either in the integral or differential forms. To adequately predict the response of steel members during cyclic loading, the hardening rule must account for the features of cyclic stress-strain behavior. Neithe of the basic isotropic and kinematic hardening rules is suitable for describing cyclic streess-strain behavior, although a kinematic hardening rule describes the nearly linear portions of the stabilized hystersis loops. There is also a limited expansion of the yield surface as predicted by the isotropic hardening rule. Strong ground motions or wind gusts affect the complex and nonproportional loading histories in the inelastic behavior of structues rather than the proportional loading. Nonproportional loading is defined as externally applied forces on the structure, with variable ratios during the entire loading history. This also includes the rate of time-dependency of the loads. For nonproportional loading histories, unloading may take place along a chord instead of the radius of the load surface. In such cases, the shape of the stress-strain curve has to be determined experimentally for all non-radial loading conditions. The plasticity models including two surface models ae surveyed based on a yield surface and a bound surface that represent a state of maximum stress. This paper is concerned with the improvement of a plasticity models of the two-surface type for structural steel. This is follwed by an overview of plasticity models on structural steel. Finally the need for further research is identified.
Among the methods for enhancement of load-carrying capacity on flexural concrete member, recently, a concept is being investigated which replaces the steel in a conventional reinforced concrete member with a fiber reinforced polymer(FRP) shell. This study focuses on modeling of the structural behavior of concrete surrounded with FRP shells in flexural bending members. A numerical model of fiber cross-sectional analysis is proposed to predict the stress and deformation state of the FRP shell and concrete. The stress-strain relationship of concrete confined by a FRP shell is formulated to be based on the constitutive law of concrete in multi-axial compressive stress state, in assuming that the compression response is dependent on the radial expansion of the concrete. To describe the FRP shell behavior, equivalent orthotropic properties of in-plane behavior from classical lamination theory are used. The present model is validated to compare with the experiments of 4-point bending tests of FRP shell concrete beam, and has well predicted the moment-curvature relationships of the members, axial and hoop strains in the section, and the enhancement of confinement effect in concrete surrounded by FRP shell.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.108-108
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2009
The main object of this research is to minimize the shock effects which frequently result in fatal damage in wind met mast on impact of barge. The collision between wind met mast and barge is generally a complex problem and it is often not practical to perform rigorous finite element analyses to include all effects and sequences during the collision. LS-dyna generally purpose explicit finite element code, which is a product of ANSYS software, is used to model and analyze the non-linear response of the met mast due to barge collision. A significant part of the collision energy is dissipated as strain energy and except for global deformation modes, the contribution from elastic straining can normally be neglected. On applying impact force of a barge to wind met mast, the maximum acceleration, internal energy and plastic strain were calculated for each load cases using the finite element method and then compare it, varying to the velocity of barge, with one varying to the thickness of rubber fender conditions. Hence, we restrict the present research mainly to the wind met mast and also parametric study has been carried out with various velocities of barge, thickness of wind met mast, thickness and Mooney-Rivlin coefficient of rubber fender with experimental data. The equation of motion of the wind met mast is derived under the assumption that it was ignored vertical movement effect of barge on sea water. Such an analyzing method which was developed so far, make it possible to determine the proper size and material properties of rubber fender and the optimal moving conditions of barge, and finally, application method can be suggested in designing process of rubber fender considering barge impact.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.5
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pp.1025-1037
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2015
Flexible base isolation bearings that separate superstructure from ground have been widely used in the construction field because they make a significant contribution to increasing the fundamental period of the structure, thereby decreasing response acceleration transmitted into the superstructure. However, the established bearing devices installed to uphold the whole building give rise to some problems involved with failure and collapse due to lack of the capacity as modern structures are getting more massive and higher. Therefore, this study suggests new isolation bearings assembled with additional restrainers enabled to reinforcing and recentering, and then evaluates their performance to withstand the seismic load. The superelastic shape memory alloy (SMA) bars are installed into the conventional lead-rubber bearing (LRB) devices in order to provide recentering forces. These new systems are modeled as component spring models for the purpose of conducting nonlinear dynamic analyses with near fault ground motion data. The LRB devices with steel bars are also designed and analyzed to compare their responses with those of new systems. After numerical analyses, ultimate strength, maximum displacement, permanent deformation, and recentering ratio are compared to each model with an aim to investigate which base isolation models are superior. It can be shown that LRB models with superelastic SMA bars are superior to other models compared to each other in terms of seismic resistance and recentering effect.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.5
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pp.112-120
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2012
A numerical model considering the internal vaporization and the creep effect, in the form of a analytical program, for tracing the behavior of high strength concrete(HSC) members exposed to fire is presented. The two stages, i.e., spalling procedure and fire resistance time, associated with the thermal, moisture flow, creep and structural analysis, for the prediction of fire resistance behavior are explained. The use of the analytical program for tracing the response of HSC member from the initial pre-loading stage to collapse, due to fire, is demonstrated. Moisture evaporates, when concrete is exposed to fire, not only at concrete surface but also at inside the concrete to adjust the equilibrium and transfer properties of moisture. Finite element method is employed to facilitate the moisture diffusion analysis for any position of member, so that the prediction method of the moisture distribution inside the concrete members at fire is developed. The validity of the numerical model used in this program is established by comparing the predictions from this program with results from others fire resistance tests. The analytical program can be used to predict the fire resistance of HSC members for any value of the significant parameters, such as load, sectional dimensions, member length, and concrete strength.
Han, Sang Hoon;Hong, Ki Nam;Shin, Byoung Gil;Lim, Jin Mook;Kwak, So Shin
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.5
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pp.178-189
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2011
Tests and analyses were performed in this study to assess the shear strength of Reinforced Concrete(RC) members strengthened by the Near Surface Mounted(NSM) technique in shear, which is drawing attention as an alternative to the Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) bonding strengthening technique. Four-point bending tests were performed on 7 RC specimens without any shear reinforcement. The test variables such as the inclination of CFRP strip (45 degrees and 90 degrees), and the spacing of CFRP strip (250mm, 200mm, 150mm, 100mm) were considered. Through the testing scenarios, the effect of each test variable on the failure mode and the shear strength of the RC members strengthened by the NSM technique in shear were assessed. The test results show that the specimens with CFRP strips at 45 degrees go to failure as a result of the strip fracture, but the specimens with CFRP strips at 90 degrees go to failure as a result of the slip of strips. Strips at 45 degrees was the more effective than strips at 90 degrees, not only in terms of increasing beam shear resistance but also in assuring larger deformation capacity at beam failure. In addition, the RBSN analysis appropriately predicted the crack formation and the load-displacement response of the RC members strengthened by the NSM technique in shear.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.81-88
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2021
Structural health monitoring (SHM) systems have attracted considerable interest owing to the frequent earthquakes over the last decade. Smart concrete is a technology that can analyze the state of structures based on their electro-mechanical behavior. On the other hand, most research on the self-sensing response of smart concrete generally investigated the electro-mechanical behavior of smart concrete under a static loading rate, even though the loading rate under an earthquake would be much faster than the static rate. Thus, this study evaluated the electro-mechanical behavior of smart ultra-high-performance concrete (S-UHPC) at three different loading rates (1, 4, and 8 mm/min) using a Universal Testing Machine (UTM). The stress-sensitive coefficient (SC) at the maximum compressive strength of S-UHPC was -0.140 %/MPa based on a loading rate of 1 mm/min but decreased by 42.8% and 72.7% as the loading rate was increased to 4 and 8 mm/min, respectively. Although the sensing capability of S-UHPC decreased with increased load speed due to the reduced deformation of conductive materials and increased microcrack, it was available for SHM systems for earthquake detection in structures.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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