Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.323-328
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2001
The behavior of bridge column under multi-directional loading as well as uni-directional loading need to be studied because bridge columns will be subjected to the multi-directional cyclic loading during a strong earthquake. To evaluate the capacity of columns, uni-axial cyclic loading tests and bi-axial alternate cyclic loading tests were carried out. The number of cycles of alternate bi-axial loading were determined considering the ratio of natural frequencies in two orthogonal directions. From the test results, strength degradation and ductility reduction were observed in biaxial loading conditions. Their rates were found to be more rapid in the loading pattern that was determined considering the different natural frequencies.
Junhua Xiao;Jiapei Ma;Jianfeng Xue;Zhiyong Liu;Yingqi Bai
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.5
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pp.481-489
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2023
Drained cyclic triaxial tests were conducted on a saturated sand to examine its deformation characteristics under either axial or lateral cyclic loading condition. To apply lateral cyclic loading, the cell pressure was cycled while maintaining a constant vertical stress. The strain accumulations and flow direction in the soil were presented and discussed considering various initial stress ratios (η0), cyclic stress amplitudes and cyclic stress paths. The results indicate that axial strain accumulation shows an exponential increase with the maximum stress ratio (ηmax). The initial deviatoric stress has comparable effects with lateral cyclic stress amplitude on the accumulated axial strain. In contrast, the accumulated volumetric strain is directly proportional to the lateral cyclic stress amplitude but not much affected by η0 values. Due to the anisotropy of the soil, the accumulated axial and lateral bulging strains are greater in lateral cyclic loading when compared to axial cyclic loading even though ηmax is the same. It is also found that ηmax affects soil's lateral deformation and increasing the ratio could change the lateral deformation from contraction to bulging. The flow direction depends on ηmax in the sand under lateral cyclic loading, regardless of η0 values and the cyclic stress amplitudes, and a large ηmax could lead to great deviatoric strain but a little volumetric strain accumulation.
PURPOSE. The purpose of this study was to compare computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) abutment and prefabricated abutment in Morse taper internal connection type implants after cyclic loading. MATERIALS AND METHODS. The study was conducted with internal type implants of two different manufacturers (Group Os, De). Fourteen assemblies were prepared for each manufacturer group and divided into 2 groups (n=7): prefabricated abutments (Os-P, De-P) and CAD/CAM abutments (Os-C, De-C). The amount of axial displacement and the removal torque values (RTVs) were measured before and after cyclic loading (106 cycles, 3 Hz with 150 N), and the tensile removal force to dislodge the abutments was measured after cyclic loading. A repeated measures ANOVA and a pattern analysis based on the logarithmic regression model were conducted to evaluate the effect of cyclic loading on the axial displacement. The Wilcoxon signed-rank test and the Mann-Whitney test was conducted for comparison of RTV reduction% and tensile removal forces. RESULTS. There was no significant difference between CAD/CAM abutments and prefabricated abutments in axial displacement and tensile removal force; however, significantly greater RTV reduction% after cyclic loading was observed in CAD/CAM abutments. The correlation among the axial displacement, the RTV, and the tensile removal force was not significant. CONCLUSION. The use of CAD/CAM abutment did not significantly affect the amount of axial displacement and tensile removal force, but presented a significantly greater removal torque reduction% than prefabricated abutments. The connection stability due to the friction at the abutment-implant interface of CAD/CAM abutments may not be different from prefabricated abutment.
A nonlinear Finite Element (FE) algorithm is proposed to analyze the Reinforced Concrete (RC) columns subjected to Cyclic Loading (CL), Cyclic Oriented Lateral Force and Axial Loading (COLFAL), Monotonic Loading (ML) or Oriented Pushover Force and Axial Loading (OPFAL) in any direction. In the proposed algorithm, the following parameters are considered: uniaxial behavior of concrete and steel elements, the pseudo-plastic hinge produced in the critical sections, and global behavior of RC columns. In the proposed numerical simulation, the column is discretized into two Macro-Elements (ME) located between the pseudo-plastic hinges at critical sections and the inflection point. The critical sections are discretized into Fixed Rectangular Finite Elements (FRFE) in general cases of CL, COLFAL or ML and are discretized into Variable Oblique Finite Elements (VOFE) in the particular cases of ML or OPFAL. For pushover particular case, a fairly fast converging and properly accurate nonlinear simulation method is proposed to assess the behavior of RC columns. The proposed algorithm has been validated by the results of tests carried out on full-scale RC columns.
Interaction of lateral loading, combined with axial force needs to be determined with care in reinforced concrete (RC) one-dimensional structural members (1D SMs) such as beam-columns (BCs) and columns. RC 1D SMs under heavy axial loading are known to fail by brittle mode and small lateral displacements. In this paper, a macro element-based algorithm is proposed to analyze the RC 1D SMs under monotonic or cyclic combined loading. The 1D SMs are discretized into macro-elements (MEs) located between the critical sections and the inflection points. The critical sections are discretized into fixed rectangular finite elements (FRFE). The nonlinear behavior of confined and unconfined concretes and steel elements are considered in the proposed algorithm. The proposed algorithm has been validated by the results of experimental tests carried out on full-scale RC structural members. The evolution of ultimate strain at extreme compression fiber of a rectangular RC section for different orientations of lateral loading shows that the ultimate strain decreases with increasing the axial force. In the examined cases, this ultimate strain ranges from 0.0024 to 0.0038. Therefore, the 0.003 value given by ACI-318 code for ultimate strain, is not conservative and valid for the combined load cases with significant values of axial force (i.e. for the axial forces heavier than 70% of the ultimate axial force).
Numerical simulations are prevalently used to evaluate the seismic behaviour of structures. The accuracy of the simulation results depends directly on the accuracy of the modelling techniques employed to simulate the behaviour of individual structural members. An empirical modelling technique is employed in this paper to simulate the behaviour of column members under cyclic and seismic loading. Despite the common modelling techniques, this technique is capable of simulating two important aspects of the cyclic and seismic behaviour of columns simultaneously. The proposed fiber-based modelling technique captures explicitly the interaction between the bending moment and the axial force in columns, and the cyclic deterioration of the hysteretic behaviour of these members is implicitly taken into account. The fiber-based model is calibrated based on the cyclic behaviour of square hollow steel sections. The behaviour of several column archetypes is investigated under a dual cyclic loading protocol to develop a benchmark database before the calibration procedure. The dual loading protocol used in this study consists of both axial and lateral loading cycles with varying amplitudes. After the calibration procedure, a regression analysis is conducted to derive an equation for predicting a varying calibrated modelling parameter. Finally, several nonlinear time-history analyses are conducted on a 6-story steel special moment frame in order to investigate how the results of numerical simulations can be affected by employing the intended modelling technique for columns instead of other common modelling techniques.
The flexural behaviour of symmetrically reinforced concrete (RC) columns cast of normal- and high-strength concrete under both monotonic and cyclic loading is studied based on an analytical procedure, which employs the actual stress-strain curves and takes into account the stress-path dependence of concrete and steel reinforcement. The analysis is particularly extended into the post-peak stage with large inelastic deformation at various applied axial load level. The effect of axial load on their complete flexural behaviour is then identified based on the results obtained. The axial load is found to have fairly large effect on the flexural behaviour of RC columns under both monotonic and cyclic loading. Such effects are discussed through examination of various aspects including the moment-curvature relationship, moment capacity, flexural ductility, variation of neutral axis depth and steel stress.
Zhang, Benjiao;Mei, Can;Huang, Bin;Fu, Xudong;Luo, Gang;Lv, Bu
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.4
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pp.611-626
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2017
The research reported herein is concerned with the model testing of piles socketed in soft rock which was simulated by cement, plaster, sand, water and concrete hardening accelerator. Model tests on a single pile socketed in simulated soft rock under axial cyclic loading were conducted and the bearing capacity and accumulated deformation characteristics under different static, and cyclic loads were studied by using a device which combined oneself-designed test apparatus with a dynamic triaxial system. The accumulated deformation of the pile head, and the axial force, were measured by LVDT and strain gauges, respectively. Test results show that the static load ratio (SLR), cyclic load ratio (CLR), and the number of cycles affect the accumulated deformation, cyclic secant modulus of pile head, and ultimate bearing capacity. The accumulated deformation increases with increasing numbers of cycles, however, its rate of growth decreases and is asymptotic to zero. The cyclic secant modulus of pile head increases and then decreases with the growth in the number of cycles, and finally remains stable after 50 cycles. The ultimate bearing capacity of the pile is increased by about 30% because of the cyclic loading thereon, and the axial force is changed due to the applied cyclic shear stress. According to the test results, the development of accumulated settlement is analysed. Finally, an empirical formula for accumulated settlement, considering the effects of the number of cycles, the static load ratio, the cyclic load ratio and the uniaxial compressive strength, is proposed which can be used for feasibility studies or preliminary design of pile foundations on soft rock subjected to cyclic loading.
Park, Minseok;Kim, Chul-Young;Han, Jongwook;Chae, Yunbyeong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.6
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pp.637-644
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2021
Dynamic response of structures can be evaluated experimentally by conducting cyclic loading tests. It has been known that steel materials are rate-dependent and the lateral response of a structure is significantly affected by the presence of axial force. However, the rate-dependency of steel column structures subjected to both axial and lateral loads has not been sufficiently studied yet due to the difficulty of controlling the axial force in a real-time manner during test. This study introduces an advanced way to apply the axial load in real-time to a column specimen using the adaptive time series (ATS) compensator and the flexible loading beam (FLB), where the H-shape steel columns made of SS275 are used for monotonic and cyclic loading tests with various loading rates with axial loads. The lateral strength and post-yield response of the steel columns are compared for each of monotonic and cyclic loading tests. The estimating equation of yield stress of various strain rate has proposed and finite element analysis were performed for comparison.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.11a
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pp.295-302
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2000
Earthquakes not only produce additional load on the structures and underlying soil, but also change the strength characteristics of the soil. Therefore, in order to analyze soil structures for stability, the behaviour after earthquake must be considered. In this paper, a series of cyclic triaxial tests and monotonic triaxial tests were carried out to investigate the undrained shear strength and liquefaction strength characteristics of Nak-Dong River sand soils which were subjected to cyclic loading. The sample was consolidated in the first stage and then subjected to stress controlled cyclic loading with 0.1Hz. After the cyclic loading, the cyclic-induced excess pore water pressure was dissipated by opening the drainage valve and the sample was reconsolidated to the initial effective mean principal stress(p/sub c/'). After reconsolidation, the monotonic loading or cyclic loading were applied to the specimen. In the results, the undrained shear strength and liquefaction strength characteristics depended on the pore pressure ratio(Ur=U/p/sub c/'). The volume change following reconsolidation can be a function of cyclic-induced excess pore water pressure and the maximum double amplitude of axial strain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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