Fang Xu;Wuming Leng;Xi Ai;Hossein Moayedi;Qishu Zhang;Xinyu Ye
Smart Structures and Systems
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v.31
no.5
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pp.517-529
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2023
Using a device composed of two lateral pressure plates (LPPs) and a steel reinforcement bar to apply horizontal pressure on slope surfaces, a newly developed prestress-reinforced embankment (PRE) is proposed, to which can be adopted in strengthening railway subgrades. In this study, an analytical model, which is available of calculating additional confining stress (σH) at any point in a PRE, was established based on the theory of elasticity. In addition, to verify the proposed analytical model, three dimensional (3D) finite element analyses were conducted and the feasibility in application was also identified and discussed. In order to study the performance of the PRE, the propagation of σH in a PRE was analyzed and discussed based on the analytical model. For the aim of convenience in application, calculation charts were developed in terms of three dimensionless parameters, and they can be used to accurately and efficiently predict the σH in a PRE regardless of the embankment slope ratio and LPP side length ratio. Finally, the potential applications of the proposed analytical model were discussed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1990.10a
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pp.19-22
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1990
Based on the design concept of a "Strong Column - Weak Beam" in the design of reinforced concrete, recently, a design method which moves the plastic hinging zone of a specific length away from the column face, has been proposed for reducing the degradation of stiffness and strength in the beam-column joint. To analyze reinforced concrete structures designed by this method. It is necessary to establish the analytical model which can simulate the hysteretic behavior depended on the initial positions and enlargements of plastic hinges. In this paper, by the numerical assumptions and the regression of experimental results, an analytical model is proposed. To estimate the accuracy of this model, some example analyses are conducted and compared with experimental results. From these comparision. It is shown that the proposed model is a good to predict the behavior of members subjected go cyclic loads.lic loads.
This paper presents a type of composite box girder with corrugated webs and concrete filled steel tube slab to overcome cracking on the web and reduce self-weight. Utilizing corrugated steel web improves the efficiency of prestressing introduced into the top and bottom slabs due to the accordion effect. In order to understand the loading capacity of such new composite structure, experimental and numerical analyses were conducted. A full-scale model was loaded monotonically to investigate the deflection, strain distribution, loading capacity and stiffness during the whole process. The experimental results show that test specimen has enough loading capacity and ductility. Based on experimental works, a finite element (FE) model was established. The load-displacement curves and stress distribution predicted by FE model agree well with that obtained from experiments, which demonstrates the accuracy of proposed FE model. Moreover, simplified theoretical analysis was conducted depending on the assumptions which were confirmed by the experimental and numerical results. The simplified analysis results are identical with the tested and numerical results, which indicate that simplified analytical model can be used to predict the loading capacity of such composite girder accurately. All the findings of present study may provide reference for the application of such structure in bridge construction.
The paper presents a study aimed at understanding some characteristics of an interior explosion within a room with limited or no venting. The explosion may occur in ammunition storage or result from a terrorist action or from a warhead that had penetrated into this room. The study includes numerical simulations of the problem and analytical derivations. Different types of analysis (1-D, 2-D and 3-D analysis) were performed for a room with rigid walls and the results were analyzed. For the 3D problem the effect of the charge size and its location within the room was investigated and a new insight regarding the pressure distribution on the interior wall as function of these parameters has been gained. The numerical analyses were carried out using the Eulerian multi-material approach. Further, an approximate analytical formula to predict the residual internal pressure was developed. The formula is based on the conservation law of total energy and its implementation yields very good agreement with the results obtained numerically using the complete statement of the problem for a wide range of explosive weights and room sizes that is expressed through a non-dimensional parameter. This new formula is superior to existing literature recommendations and compares considerably better with the above numerical results.
In this paper, the thermo-mechanical buckling characteristics of functionally graded (FG) size-dependent Timoshenko nanobeams subjected to an in-plane thermal loading are investigated by presenting a Navier type solution for the first time. Material properties of FG nanobeam are supposed to vary continuously along the thickness according to the power-law form and the material properties are assumed to be temperature-dependent. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. The nonlocal governing equations are derived based on Timoshenko beam theory through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate critical buckling temperature results of the FG nanobeams as compared to some cases in the literature. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as material distribution profile, small scale effects and aspect ratio on the critical buckling temperature of the FG nanobeams in detail. It is explicitly shown that the thermal buckling of a FG nanobeams is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FG nanobeams.
This paper focuses on the mesh-size dependency in numerical simulations of reinforced concrete (RC) structures subjected to blast loading. A tensile failure criterion that can minimize the mesh-dependency of simulation results is introduced based on the fracture energy theory. In addition, conventional plasticity based damage models for concrete such as the CSC model and the HJC model, which are widely used for blast analyses of concrete structures, are compared with the orthotropic model that adopts the introduced tensile failure criterion in blast tests to verify the proposed criterion. The numerical predictions of the time-displacement relations at the mid-span of RC beams subjected to blast loading are compared with experimental results. The analytical results show that the numerical error according to the change in the finite element mesh size is substantially reduced and the accuracy of the numerical results is improved by applying a unique failure strain value determined by the proposed criterion.
Train crashes involve complex interaction between deformable bodies in multiple collisions. The purpose of this study is to suggest the effective analytical procedure using simple model for the crashworthiness of motorized trailer of high speed train. The simple model, with very short modeling time and reduced computation time was adopted to extract the global behaviour and to perform a pre-optimization of the considered structure. Firstly, various types of crash events are investigated and the conditions for numerical simulation are defined. The simple model, using the beam and non-linear spring element, and shell element model are used to evaluated energy absorption and deformation mechanism in analyses. And aluminum is applied to real model after verification with square tube analyses. Finally, loading path and energy absorption of main components are evaluated. The analyses are aimed to ensure the crashworthiness design of high speed train.
The coupled soil-pile-structure seismic response is recently in the spotlight of researchers because of its extensive applications in the different fields of engineering such as bridges, offshore platforms, wind turbines, and buildings. In this paper, a simple analytical model is developed to evaluate the dynamic performance of seismically isolated bridges considering triple interactions of soil, piles, and bridges simultaneously. Novel expressions are proposed to present the dynamic behavior of pile groups in inhomogeneous soils with various shear modulus along with depth. Both cohesive and cohesionless soil deposits can be simulated by this analytical model with a generalized function of varied shear modulus along the soil depth belonging to an inhomogeneous stratum. The methodology is discussed in detail and validated by rigorous dynamic solution of 3D continuum modeling, and time history analysis of centrifuge tests. The proposed analytical model accuracy is guaranteed by the acceptable agreement between the experimental/numerical and analytical results. A comparison of the proposed linear model results with nonlinear centrifuge tests showed that during moderate (frequent) earthquakes the relative differences in responses of the superstructure and the pile cap can be ignored. However, during strong excitations, the response calculated in the linear time history analysis is always lower than the real conditions with the nonlinear behavior of the soil-pile-bridge system. The current simple and efficient method provides the accuracy and the least computational costs in comparison to the full three-dimensional analyses.
Eccentrically braced frames (EBF) represent an optimal structural solution for seismic prone areas, being able to provide high dissipative capacity and good elastic stiffness, to withstand strong seismic events without significant loss of bearing capacity and to avoid damage to non-structural elements in case of low and moderate earthquakes. The accurate knowledge of the cyclic behaviour of the dissipative links, characterizing the whole performance of EBFs, is required to optimize the structural properties and to refine the design techniques adopted for multi-storey buildings' analysis. Reliable numerical models for the links, at the same time requiring a limited computational effort, are then needed. The present work shows the results of a wide experimental test campaign executed on real-scale one storey/one bay frames with horizontal and vertical links, together with the elaboration of a simple semi-analytical model for the quick representation of the cyclic behaviour of shear links.
In the present study, the discrete singular convolution (DSC) method is developed for buckling analysis of columns and thin plates having different geometries. Regularized Shannon's delta (RSD) kernel is selected as singular convolution to illustrate the present algorithm. In the proposed approach, the derivatives in both the governing equations and the boundary conditions are discretized by the method of DSC. The results obtained by DSC method were compared with those obtained by the other numerical and analytical methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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