Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.40
no.1
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pp.28-35
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2003
Fatigue tests of transverse fillet weldment were performed under out-of-plane bending loads. Significant increase of the fatigue strength was observed under out-of-plane bending loads, compared to the one under in-plane loads (axial loads). Applicability of the crack propagation analysis using LEFM for the surface crack of fillet weldment were investigated as well, in parallel with the fatigue tests. For the rational assessment of the fatigue strength of welded ship structures where combined stresses of the in-plane axial stress and the out-of-plane bending stress are induced simultaneously due to complexity of applied load and structural geometry, further investigation is recommended for the effect of the out-of-plane bending stress on the fatigue strength of weldment.
A numerical study using nonlinear finite element analysis is performed to investigate the behavior of isolated reinforced concrete walls subjected to combined axial force and in-plane and out-of-plane bending moments. For a nonlinear finite element analysis, a computer program addressing material and geometric nonlinearities was developed. Through numerical studies, the internal force distribution in the cross-section is idealized, and then a new design method, different from the existing methods based on the plane section hypothesis was developed. According to the proposed method, variations in the interaction curve of the in-plane bending moment and axial force depends on the range of the permissible axial force per unit length, that is determined by a given amount of out-of-plane bending moment. As the out-of-plane bending moment increases, the interaction curve shrinks, indicating a decrease in the ultimate strength. The proposed method is then compared with an existing method, using the plane section hypothesis. Compared with the proposed method, the existing method overestimates the ultimate strength for the walls subjected to low out-of-plane bending moments, while it underestimates the ultimate strength for walls subject to high out-of-plane bending moments. The proposed method can address the out-of-plane local behavior of the individual wall segments that may govern the ultimate strength of the entire wall.
The effect of out-of-plane loads on the fatigue strength of welded steel structures is examined through fatigue tests with weldment of two fillet weld joint types. The results of the fatigue tests are compared with those under axial loads, on the basis of the hot spot stress range at the weld toe. From the result of the comparison, a method on how to incorporate the effect of the out-of-plane bending stress is proposed using design S-N curves derived from fatigue tests under the axial load. The proposed method is useful for rational assessment of the fatigue strength of fillet-welded structures, where combined stresses of the in-plane axial stress and the out-of-plane bending stress are induced simultaneously due to the complexity of applied loads and structural geometry.
The effect of out-of-plane loads on the fatigue strength of welded steel structures is examined through fatigue tests with weldment of two fillet weld joint types. The results of the fatigue tests are compared with those under axial loads, on the basis of the hot spot stress range at the weld toe. From the result of the comparison, a method on how to incorporate the effect of the out-of-plane bending stress is proposed using design S-N curves derived from fatigue tests under the axial load. The proposed method is useful for rational assessment of the fatigue strength of fillet-welded structures, where combined stresses of the in-plane axial stress and the out-of-plane bending stress are induced simultaneously due to the complexity of applied loads and structural geometry.
In this paper, improved out-of-plane design of parabolic arches was proposed based on the current design code. The arches resist general loading by a combination of axial compression and bending actions, and the interaction formula between two extreme cases of axial and bending actions is generally used for the design. Firstly, the out-of-plane buckling strength of arches in a pure axial compression and a pure bending were studied. Then, out-of-plane design of parabolic aches under general transverse loading was investigated. From the results, it can be found that the proposed design equations provided good prediction of out-of-plane strength for parabolic arches which satisfy the thresholds for deep arches, while proposed design equations overestimated the buckling load of shallow arches.
Reinforced concrete (RC) structural walls with L-shaped sections are commonly used in RC buildings. The walls are often expected to sustain biaxial load and Unsymmetrical bending in an earthquake event. However, there currently exists limited experimental evidence regarding their seismic behaviour in these lateral loading directions. This paper makes experimental and numerical investigations to these walls behaviours. Experimental evidences are presented for four L-shaped wall specimens which were tested under simulated seismic load from different lateral directions. The results highlighted some distinct behaviour of L-shaped walls sustaining Unsymmetrical bending relating to their seismic performance. First, due to the Unsymmetrical bending, out-of-plane reaction forces occur for these walls, which contribute to accumulation of the out-of-plane deformations of the wall, especially when out-of-plane stiffness of the section is reduced by horizontal cracks in the cyclic load. Secondly, cracking was found to affect shear centre of the specimens loaded in the Unsymmetrical bending direction. The shear centre of these specimens distinctly differs in the flange in the positive and negative loading direction. Cracking of the flange also causes significant warping in the bottom part of the wall, which eventually lead to out-of-plane buckling failure.
Carbon fiber reinforced polymer (CFRP), plates bonding repair method is one of the simple repair methods for cracked steel structures. In this study, the influence of width of CFRP plates on bending fatigue life of out-of-plane gusset joint strengthened with CFRP plates was investigated from the experimental and numerical point of view. In the bending fatigue test of cracked out-of-plane gusset joint strengthened with CFRP plates, the effect of width of CFRP plates on crack growth life was clarified experimentally. Namely, it was revealed that the crack growth life becomes larger with increasing the width of CFRP plates. In the numerical approach, the stress intensity factor (SIF) at the surface point of a semi-elliptical surface crack was estimated based on the linear fracture mechanics. Furthermore, the extended fatigue life of cracked out-of-plane gusset joint strengthened with CFRP plates was evaluated by using the estimated SIF at the surface point and the empirical formula of the aspect ratio of semi-elliptical crack. As the results of numerical analysis, the estimated fatigue life of the specimen strengthened with CFRP plates showed the good agreement with the test results.
Numerical study using nonlinear finite element analysis is done for investigating behavior of isolated reinforced concrete walls subject to combined in-plane and out-of-plane bending moments and axial force. A method for estimating the ultimate strength of wall is developed, based on the analytical results. For the nonlinear finite element analysis, a computer program addressing material and geometric nonlinearities is developed. An existing unified method combining plasticity theory and damage model is used for material model of reinforced concrete. By numerical studies, the internal force distribution in the cross section is idealized, and a new method for estimating the ultimate strength of wall is developed. According to the proposed method, variation of the interaction curve of in-plane bending moment and axial force depends on the range of the permissible axial force per unit length that is determined by the given amount of out-of-plane bending moment. As the out-of-plane bending moment increases, the interaction curve shrinks, which indicates a decrease in the ultimate strength. The proposed method is compared with an existing method using the general assumption that strain shall be directly proportional to the distance from the neutral axis. Compared with the proposed method, the existing method overestimates the ultimate strength for walls subject to low out-of-plane bending moments, and it underestimates the ultimate strength for walls subject to high out-of-plane bending moments.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.178-201
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2019
The appropriate design of a mooring system to maintain the position of an offshore structure in deep sea under various environmental loads is important. Fatigue design of the mooring line considering OPB/IPB(out-of-plane bending/in-plane bending) became an essential factor after the incident of premature fatigue failure of the mooring chain due to OPB/IPB in the Girassol region in West Africa. In this study, mooring line fatigue analysis was performed considering the OPB/IPB of a spread moored FPSO in deep sea. The tension of the mooring line was derived by hydrodynamic analysis using the de-coupled analysis method. The floater motion time histories were calculated under the assumption that the mooring line behaves in quasi-static manner. Additional time domain analysis was carried out by prescribing the obtained motions on top of the selected critical mooring line, which was determined based on spectral fatigue analysis. In addition, nonlinear finite element analysis was performed considering the material nonlinearities, and both the interlink stiffness and stress concentration factors were derived. The fatigue damage to the chain surface was estimated by combining both the hydrodynamic and stress analysis results.
The design of the mooring line to maintain the position of an offshore structure in rough marine environments is recognized as a very important consideration. Conventional fatigue evaluation of a mooring line was performed by considering the tensile force acting on the mooring line, but the mooring line broke after 238 days in the girassol area even though the expected fatigue life was expected to be longer. The causes of this event are known to be due to OPB/IPB (out-of-plane bending/in-plane bending) caused by chain link friction due to the excessive tensile strength of the mooring line. In this study, three models with different boundary conditions were proposed for fatigue analysis of a mooring line considering OPB/IPB. Interlink stiffness was calculated by nonlinear structure analysis and a stress concentration factor was derived. In addition, the sensitivity of interlink stiffness according to the magnitude of tensile force, large deformation effect, and coefficient of friction was analyzed, and the effect of critical elastic slip and bending moment calculation position on interlink stiffness was confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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