Probability-based design codes have been developed to sufficiently confirm the safety level of structures. One of the most acceptable probability-based approaches is Load Resistance Factor Design (LRFD), which measures the safety level of the structures in terms of the reliability index. The main contribution of this paper is to calibrate the load and resistance factors of the design code for tunnels. The load and resistance factors are calculated using the available statistical models and probability-based procedures. The major steps include selection of representative structures, consideration of the limit state functions, calculation of reliability for the selected structures, selection of the target reliability index and calculation of load factors and resistance factors. The load and resistance models are reviewed. Statistical models of resistance (load carrying capacity) are summarized for strength limit state in bending, shear and compression. The reliability indices are calculated for several segments of a selected circular tunnel designed according to the tunnel manual report (Tunnel Manual). The novelty of this paper is the selection of the target reliability. In doing so, the uniform spectrum of reliability indices is proposed based on the probability paper. The final recommendation is proposed based on the closeness to the target reliability index.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.103-113
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2017
Spatial Structure has suffered from a lot of damage due to the use of lightweight roofs. Among them, the damage caused by strong winds was the greatest, and the failure of the calculation of the wind load was the most frequent cause. It provides that wind tunnel test is used to calculate the wind load. However, it is often the case that the wind load is calculated based on the standard of wind load in the development design stage. Therefore based on this, the structure type and structural system and member design are often determined. Spatial structure is usually open at a certain area. The retractable roof structure should be operated with the open roof in some cases, so the wind load for the open shape should be considered, but it is not clear on the basis of the wind load standard. In this paper, the design wind pressure of a closed and retractable roof structure is calculated by KBC2016, AIJ2004, ASCE7-10, EN2005, and the applicability of wind pressure coefficient is compared with wind tunnel test.
Wind tunnel testing technique has been established as a powerful experimental method for predicting wind-induced loads on high-rise buildings. Accurate assessment of the design wind load combinations for tall buildings on the basis of wind tunnel tests is an extremely important and complicated issue. The traditional design practice for determining wind load combinations relies partly on subjective judgments and lacks a systematic and reliable method of evaluating critical load cases. This paper presents a novel optimization-based framework for determining wind tunnel derived load cases for the structural design of wind sensitive tall buildings. The peak factor is used to predict the expected maximum resultant responses from the correlated three-dimensional wind loads measured at each wind angle. An optimized convex hull is further developed to serve as the design envelope in which the peak values of the resultant responses at any azimuth angle are enclosed to represent the critical wind load cases. Furthermore, the appropriate number of load cases used for design purposes can be predicted based on a set of Pareto solutions. One 30-story building example is used to illustrate the effectiveness and practical application of the proposed optimization-based technique for the evaluation of peak resultant wind-induced load cases.
As the generation capacity of floating offshore wind turbines increases, the wind load applied to each turbine increases. Due to such a high wind load, the capacity of transport equipment (such as tugboats or cranes) required in the transportation and installation phases must be much larger than that of previous small-capacity wind power generation systems. However, for such an important wind load prediction method, the simple formula proposed by the classification society is generally used, and prediction through wind tunnel tests or Computational Fluid Dynamics (CFD) is rarely used, especially for a concept or initial design stages. In this study, the wind load of a 10 MW class floating offshore wind turbine was predicted by a simplified formula and compared with results of wind tunnel tests. In addition, the wind load coefficients at each stage of fabrication, transportation, and installation are presented so that it can be used during a concept or initial design stages for similar floating offshore wind turbines.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.6
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pp.871-885
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2017
Nowadays, the construction of tunnels with a shallow depth drastically in urban areas increases. But the effect of sidewall displacement in shallow tunnel on its behavior is not well known yet. Most studies on the shallow tunnel have been limited to the stability and the failure of the tunnel and the adjacent ground in plane strain state. Therefore, the model tests were conducted in a model ground which was built with carbon rods, in order to investigate the impact of the tunnel sidewall displacement on the lateral load transfer to the adjacent ground. The lateral displacement of the tunnel sidewall and the load transfered to the adjacent ground were measured in model tests for various overburdens (0.50D, 0.75D, 1.00D, 1.25D). As results, if the cover depth of tunnel was over a constant depth (0.75D) in a shallow tunnel, the tunnel sidewall was failed with a constant shape not depending on the tunnel cover depth and also not affected by the opposite side of the wall. But, if the cover depth of tunnel was under a constant depth (0.75D), the failure of the tunnel sidewall could affect the opposite sidewall. In addition, if the displacement of tunnel sidewall with 50% of the critical displacement occurred, the tunnel failure was found to be at least 75%. However, additional studies are deemed necessary, since they may differ depending on the ground conditions.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.3
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pp.219-228
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2007
Scaled model tests were performed to explore the influence of eccentric load and lateral earth pressure on tunnel behavior and their results were verified through numerical analyses. As a method for reducing the eccentric load acting on tunnel, an eccentric supporting system (ESS) was proposed and its applicability was investigated. Experimental results showed that displacement decreased overall and the load inducing initial cracks increased as the eccentric supporting system was applied. The maximum eccentric vertical load which impacted the stability of tunnel was also increased. The test results on the influence of lateral earth pressure on tunnel behavior showed that the general aspect of displacement and crack growth changed significantly depending on the coefficient of lateral earth pressure. In addition, the weak zone In view of stability varied as well.
This study is conducted to provide the proper analysis method to evaluate the stability of a container crane under wind load. Two analysis method, namely structure analysis and fluid-structure interaction, are adopted to evaluate the stability of a container crane in this investigation. To evaluate the effect of wind load on the stability of the crane, 50-ton class container crane widely used in container terminals is adopted for analysis model and 19-values are considered for wind direction as design parameter. We conduct structure analysis and fluid-structure interaction for a container crane with respect to the wind direction using ANSYS and CFX. Then we compare the uplift forces yielded from two analysis with it yielded from wind tunnel test. The results are as follows: 1) A correlation coefficient between structure analysis and wind tunnel test is lower than 0.65(as $0.29{\sim}0.57$), but between fluid-structure interaction and wind tunnel test is higher than 0.65(as $0.78{\sim}0.86$). 2) There is low correlation between structure analysis and wind tunnel test but very high correlation between fluid-structure interaction and wind tunnel test.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.5
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pp.761-778
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2017
The need of the underground space for the infrastructures in urban area is increasing, and especially the demand for shallow tunnels increased drastically. It is very important that the shallow tunnel in the urban area should fulfill not only its own safety conditions but also the safety condition for the adjacent structures and the surrounding sub-structure. Most of the studies on the behavior of shallow tunnels concentrated only on their behaviors due to the local deformation of the tunnel, such as tunnel crown or tunnel sidewall. However, few studies have been performed for the behavior of the shallow tunnel due to the deformation of the entire tunnel. Therefore, in this study the behavior of the surrounding ground and the stability caused by deformation of the whole tunnel were studied. For that purpose, model tests were performed for the various ground surface slopes and the cover depth of the tunnel. The model tunnel (width 300 mm, height 200 mm) could be simulationally deformed in the vertical and horizontal direction. The model ground was built by using carbon rods of three types (4 mm, 6 mm, 8 mm), in various surface slopes and cover depth of the tunnel. The subsidence of ground surface, the load on the tunnel crown and the sidewall, and the transferred load near tunnel were measured. As results, the ground surface subsided above the tunnel, and its amount decreased as the distance from the tunnel increased. The influence of a tunnel ceased in a certain distance from the tunnel. At the inclined ground surface, the wider subsidence has been occurred. The loads on the crown and the sidewall were clearly visible, but there was no effect of the surface slope at a certain depth. The load transfer on the adjacent ground was larger when the cover depth (on the horizontal surface) was lager. The higher the level (on the inclined surface), the wider and smaller it appeared. On the shallow tunnel under inclined surface, the transfer of the ambient load on the tunnel sidewall (low side) was clearly visible.
2-D numerical methods have been applied to analyze the stability of tunnels because of computation efficiency, though the ground around the tunnel under construction shows 3-D reformational behaviour due to the transverse and longitudinal arching effects. Load distribution factors are introduced to the 2-D analysis for the consideration of the effects of the tunnel advance in three dimensions. The load distribution factors influence significantly the ground deformation and the load of primary supports like shotcrete and rockbolts. According to the previous studies for 3-D numerical studies. it was shown that load distribution factors were heavily dependent on the ground deformational properties, tunnel size and the advance length of a tunnel. However, as the quantitative methods evaluating the factors have not been presented yet, constant values have been assigned to the factors for 2-D analysis even if the conditions for tunnel design are different. Accordingly, this paper presents the method to evaluate quantitatively the load distribution factors through the regression analysis of 3-D analysis data on 72 design cases. Also, new modification to the load distribution factors are suggested for the ring-cut excavation method because the conventional 2-D analysis is not able to consider the support effects of the core left on the tunnel face.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.579-582
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2005
Tunnel lining is the final support of a tunnel and reflects the results of the interaction between ground and support system. Recently it is very difficult to support and manage the tunnel because the cracks on tunnel lining cause problems in supporting and managing tunnels. Therefore the analysis of the cracks is quite strongly required. The major role played by the steel fiber occurs in the post-cracking zone, in which the fibers bridge across the cracked matrix. Because of its improved ability to bridging cracks, steel fiber reinforcement concrete(SFRC) has better crack properties than that of reinforced concrete. In this study, mechanical behaviour of a tunnel lining was examined by model tests. The model tests were carried out under various conditions taking different loading shapes, thicknesses and leakage of lining, and volume content of steel fiber. From these model test, the cracking load, the failure load, defection and cracking position and type were examined and the characteristics of deformation and failure for tunnel lining were estimated and researched.
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