Yaman S. S. Al-Kamaki;Abdulhameed A. Yaseen;Mezgeen S. Ahmed;Razaq Ferhadi;Mand K. Askar
Computers and Concrete
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v.34
no.1
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pp.93-122
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2024
One well-known reason for using Fiber Reinforced Polymer (FRP) composites is to improve concrete strength and strain capacity via external confinement. Hence, various studies have been undertaken to offer a good illustration of the response of FRP-wrapped concrete for practical design intents. However, in such studies, the strength and strain of the confined concrete were predicted using regression analysis based on a limited number of test data. This study presents an approach based on artificial neural networks (ANNs) to develop models to predict the strength and strain at maximum stress enhancement of circular concrete cross-sections confined with different FRP types (Carbone, Glass, Aramid). To achieve this goal, a large test database comprising 493 axial compression experiments on FRP-confined concrete samples was compiled based on an extensive review of the published literature and used to validate the predicted artificial intelligence techniques. The ANN approach is currently thought to be the preferred learning technique because of its strong prediction effectiveness, interpretability, adaptability, and generalization. The accuracy of the developed ANN model for predicting the behavior of FRP-confined concrete is commensurate with the experimental database compiled from published literature. Statistical measures values, which indicate a better fit, were observed in all of the ANN models. Therefore, compared to existing models, it should be highlighted that the newly developed models based on FRP type are remarkably accurate.
In many tropical regions, soil structures often fail under constant loads as a result of decreasing matric suction due to water infiltration. Most of the previous studies have been performed by infiltrating water in the soil specimen by keeping shear stress constant at 85-90% of peak shear strength in order to ensure specimen failure during water infiltration. However, not many studies are available to simulate the soil behavior when water is infiltrated at lower shear stress and how the deformations affect the soil behavior if the failure did not occur during water infiltration. This research aimed at understanding both the strength and deformation behavior of unsaturated soil during the course of water infiltration at 25%, 50% and 75% of maximum deviatoric stress and axial strain by keeping them constant. A unique stress-strain curve expresses the transient situation from unsaturated condition to failure state due to water infiltration is also drawn. The shearing-infiltration test results indicate that the water infiltration reduces matric suction and increase soil deformation. This research also indicates that unsaturated soil failure problems should not always be treated as shear strength problems but deformation should also be considered while addressing the problems related to unsaturated soils.
Kim Hye-Min;Kim Seung-Hun;Kim Jong-Soo;Lee Li-Hyung
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.56-59
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2004
This paper presents the consideration of design guideline for underground HCS system, composite spancrete slab, under axial and bending force. Serviceability design requirements for continuous composite spancrete slab subjected axial force, which are allowable stress and deflection, are compared. Flexural strengths are evaluated by design guideline using strain-compatibility method. The results showed that stresses of spancrete and topping concrete, especially at the ends of beam, have much effect on design loads. Maximum service loads for tested specimens are proposed by allowable stress.
This study generalizes the lateral load-displacement relationship of reinforced concrete shear walls from the section analysis for moment-curvature response to straightforwardly evaluate the flexural capacity and ductility of such members. Moment and curvature at different selected points including the first flexural crack, yielding of tensile reinforcing bar, maximum strength, 80% of the maximum strength at descending branch, and fracture of tensile reinforcing bar are calculated based on the strain compatibility and equilibrium of internal forces. The strain at extreme compressive fiber to determine the curvature at the descending branch is formulated as a function of reduction factor of maximum stress of concrete and volumetric index of lateral reinforcement using the stress-strain model of confined concrete proposed by Razvi and Saatcioglu. The moment prediction models are simply formulated as a function of tensile reinforcement index, vertical reinforcement index, and axial load index from an extensive parametric study. Lateral displacement is calculated by using the moment area method of idealized curvature distribution along the wall height. The generalized lateral load-displacement relationship is in good agreement with test result, even at the descending branch after ultimate strength of shear walls.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.25
no.2
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pp.109-123
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2009
The aim of the study was to assess the influence of insertion torque of bone quality and to compare axial force, moment and von Mises stress using finite element analysis of plastoelastic property for bone stress and strain by dividing bone quality to its thickness of cortical bone, density of trabecular bone and existence of lower cortical bone when implant inserted to mandibular premolar region. The $Br{\aa}nemark$ MKIII. RP implant and cylindrical bone finite model were designed as cortical bone at upper border and trabecular bone below the cortical bone. 7 models were made according to thickness of cortical bone, density of trabecular bone and bicortical anchorage and von Mises stress, axial force and moment were compared by running time. Dividing the insertion time, it seemed 300msec that inferior border of implant flange impinged the upper border of bone, 550msec that implant flange placed in middle of upper border and 800msec that superior border of implant flange was at the same level as bone surface. The maximum axial force peak was at about 500msec, and maximum moment peak was at about 800msec. The correlation of von Mises stress distribution was seen at both peak level. The following findings were appeared by the study which compared the axial force by its each area. The axial force was measured highest when $Br{\aa}nemark$ MKIII implant flange inserts the cortical bone. And maximal moment was measured highest after axial force suddenly decreased when the flange impinged at upper border and the concentration of von Mises stress distribution was at the same site. When implant was placed, the axial force and moment was measured high as the cortical bone got thicker and the force concentrated at the cortical bone site. The influence of density in trabecular bone to axial force was less when cortical bone was 1.5 mm thick but it might be more affected when the thickness was 0.5 mm. The total axial force with bicortical anchorage, was similar when upper border thickness was the same. But at the lower border the axial force of bicortical model was higher than that of monocortical model. Within the limitation of this FEA study, the insertion torque was most affected by the thickness of cortical bone when it was placed the $Br{\aa}nemark$ MKIII implant in premolar region of mandible.
Anisotropy of stiffiness, from extremely small strains to post-failure strains, of isotropically consolidated air-pulviated sands in plane strain compression was studied by using the newly developed instrumentation for small strain measurements. Seven types of sand of the world-wide origins were tested, which have been extensively used for research purposes. Stress-strain relationships for a wide range of strain from about 0.0001% to 10% were obtained with measuring axial and lateral strains locally free from the effects of bedding and membrane penetration errors at the specimen boundaries. It was found that the maximum shear modulus Gmax was irrespective of the angle $\delta$of the $\sigma$1 direction relative to the bedding plane. However, the normalized Gmax was varied with the types of sand. Furthermore, the dependency of the strain and stress level on the stiffness increased as decreased.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.64
no.3
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pp.45-52
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2022
Prediction of soil behavior should be interpreted based on the level of axial strain in the actual ground. Recently numerical methods have been carried out focus on the state of soil failure. However considered the deformation of soil the prior to failure, mostly the small strain occurring in the elastic range is considered. As a result of calculating the deformation modulus to 50% of the maximum unconfined compression strength, Deformation modulus (E50) showed a tendency to increase according to the degree of compaction by region. The Poisson's ratio during loading-unloading was 0.63, which was higher than the literature value of 0.5. For the unconfined compression test under cyclic loading for the measurement of permanent strain, the maximum compression strength was divided into four step and the test was performed by load step. Changes in permanent strain and deformation modulus were checked by the loading-unloading test for each stage. At 90% compaction, the permanent deformation of the SM sample was 0.21 mm, 0.37 mm, 0.6 mm, and 1.35 mm. The SC samples were 0.1 mm, 0.17 mm, 0.42 mm, and 1.66 mm, and the ML samples were 0.48 mm, 0.95 mm, 1.30 mm, and 1.68 mm.
Robinson, Dale;Aguilar, Luis;Gatti, Andrea;Abduo, Jaafar;Lee, Peter Vee Sin;Ackland, David
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.11
no.3
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pp.169-178
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2019
PURPOSE. While dental implants have displayed high success rates, poor mechanical fixation is a common complication, and their biomechanical response to occlusal loading remains poorly understood. This study aimed to develop and validate a computational model of a natural first premolar and a dental implant with matching crown morphology, and quantify their mechanical response to loading at the occlusal surface. MATERIALS AND METHODS. A finite-element model of the stomatognathic system comprising the mandible, first premolar and periodontal ligament (PDL) was developed based on a natural human tooth, and a model of a dental implant of identical occlusal geometry was also created. Occlusal loading was simulated using point forces applied at seven landmarks on each crown. Model predictions were validated using strain gauge measurements acquired during loading of matched physical models of the tooth and implant assemblies. RESULTS. For the natural tooth, the maximum vonMises stress (6.4 MPa) and maximal principal strains at the mandible ($1.8m{\varepsilon}$, $-1.7m{\varepsilon}$) were lower than those observed at the prosthetic tooth (12.5 MPa, $3.2m{\varepsilon}$, and $-4.4m{\varepsilon}$, respectively). As occlusal load was applied more bucally relative to the tooth central axis, stress and strain magnitudes increased. CONCLUSION. Occlusal loading of the natural tooth results in lower stress-strain magnitudes in the underlying alveolar bone than those associated with a dental implant of matched occlusal anatomy. The PDL may function to mitigate axial and bending stress intensities resulting from off-centered occlusal loads. The findings may be useful in dental implant design, restoration material selection, and surgical planning.
Nam, Jeong-Hee;Kim, Woo Seok;Kim, Ki Hyun;Kim, Yeon Bok
International Journal of Highway Engineering
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v.17
no.6
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pp.37-45
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2015
PURPOSES : The purpose of this study is to validate the design criteria of the concrete modular road system, which is a new semi-bridge-type concept road, through a comparison of numerical analysis results and actual loading test results under static axial loads. METHODS : To design the semi-bridge-type modular road, both the bridge design code and the concrete structural design code were adopted. The standard truck load (KL-510) was applied as the major traffic vehicle for the design loading condition. The dimension of the modular slab was designed in consideration of self-weight, axial load, environmental load, and combined loads, with ultimate limit state coefficients. The ANSYS APDL (2010) program was used for case studies of center and edge loading, and the analysis results were compared with the actual mock-up test results. RESULTS : A full-scale mock-up test was successfully conducted. The maximum longitudinal steel strains were measured as about 35 and 83.5 micro-strain (within elastic range) at center and edge loading locations, respectively, under a 100 kN dual-wheel loading condition by accelerating pavement tester. CONCLUSIONS : Based on the results of the comparison between the numerical analysis and the full-scale test, the maximum converted stress range at the edge location is 32~51% of the required standard flexural strength under the two times over-weight loading condition. In the case of edge loading, the maximum converted stresses from the Westergaard equation, the ANSYS APDL analysis, and the mock-up test are 1.95, 1.7, and 2.3 times of that of the center loading case, respectively. The primary reason for this difference is related to the assumption of the boundary conditions of the vertical connection between the slab module and the crossbeam module. Even though more research is required to fully define the boundary conditions, the proposed design criteria for the concrete modular road finally seems to be reasonable.
The use of high-strength concrete which permits smaller cross sections, reduced dead loads, and longer spans has been getting more popular in tall buildings. However, there has been little research on behavior of high-strength concrete columns laterally reinforced with square ties and subjected to compressive loading. With the addition of transverse reinforcement which lead to triaxial compressive state, ductility behavior of high-strength column member shall be increased. In this study, rational quality and quantity evaluations were made to investigate the ultimate strength and strain ductility by confinement effect of tie reinforced high-strength concrete columns subject to uniaxial loads. Concrete failure theory at the triaxial compressive state and statistical results based on conventional experimental data were applied for this propose. Up to 185 columns, tested under monotonically increasing concentric loading, were evaluated in terms of strength and strain ductility. Analytical results show that confinement stress, maximum compressive strength, and increase of strain equations were developed with the consideration of concrete strength, yield strength, spacing, volumetric ratio, and configurations of tie reinforcement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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