Shear lag effect was a significant mechanical behavior of steel-concrete composite beams, and the effective flange width was needed to consider this effect. However, the effective flange width is mostly determined by static load test. The cyclic vehicle loading cases, which is more practical, was not well considered. This paper focuses on the study of shear lag effect of the concrete slab in the negative moment region under fatigue cyclic load. Two specimens of two-span steel-concrete composite beams were tested under fatigue load and static load respectively to compare the differences in the negative moment region. The reinforcement strain in the negative moment region was measured and the stress was also analyzed under different loads. Based on the OpenSees framework, finite element analysis model of steel-concrete composite beam is established, which is used to simulate transverse reinforcement stress distribution as well as the variation trends under fatigue cycles. With the established model, effects of fatigue stress amplitude, flange width to span ratio, concrete slab thickness and shear connector stiffness on the shear lag effect of concrete slab in negative moment area are analyzed, and the effective flange width ratio of concrete slab under different working conditions is calculated. The simulated results of effective flange width are compared with calculated results of the commonly used specifications, and it is found that the methods in the specifications can better estimate the shear lag effect in concrete slab under static load, but the effective flange width in the negative moment zone under fatigue load has a large deviation.
The frequencies formulas of the bridge are of great importance in the design process since these formulas provide insight dynamic characteristics of the structure, which guides the designers to parametric analyses and the layout of the bridge in conceptual or preliminary design. Continuous rigid frame bridge is popular in the mountainous area. Mostly, this type of bridge was simplified either as a girder or cantilever when calculating the frequency, however, studies showed that the different configuration of the bridge made the problem more complex, and there is no unified fundamental calculation pattern for this kind of bridge. In this study, an empirical frequency equation is proposed as a function of pier's height, stiffness of pier and the weight of the structure. A unified fundamental frequency formula is presented based on the energy principle, then the typical continuous rigid frame bridge is investigated by finite element method (FEM) to study the dynamic characteristics of the structure, and then several key parameters are investigated on the effect of structural frequency. These parameters include the number, position and stiffness of the tie beam. Nonlinear regression analyses are conducted with a comprehensive statistical study from plenty of engineering structures. Finally, the proposed frequency equation is validated by field test results. The results show that the fundamental frequency of the continuous rigid frame bridge increases more than 15% when the tie beams are set, and it increases with the stiffness ratio of tie beam to pier. The results also show that the presented unified fundamental frequency has an error of 4.6% compared with the measured results. The investigation can predicate the approximate longitudinal fundamental frequency of continuous ridged frame bridge, which can provide reference for the seismic response and dynamic impact factor design of the pier.
Currently, the design guidelines for the prevention of progressive collapse are not available in Korea due to the lack of study efforts in progressive collapse resistance evaluation of RC flat plate system. Therefore, in this study, three types of analysis were conducted to evaluate the progressive collapse resistance of a RC flat plate system. A linear static analysis was carried out by comparing the demand-capacity ratio (DCR) differences of the systems using the alternate load path method, which is the guideline of GSA. A dynamic behavior was investigated by checking the vertical deflection after removal of the column using the linear dynamic analysis. Lastly, a maximum load factor was investigated using the nonlinear static analysis. The finite element (FE) analyses were conducted using various parameters to analyze the results obtained using effective beam width (EB) model and plate element FEM (PF) model. This study results showed that the strength contributions of the slab in the EB models are underestimated compared to those obtained from the PF models. Therefore, a detailed FE analysis considering the slab element is required to thoroughly estimate the progressive collapse resisting capacity of flat plate system. The scenario of the corner column (CC) removal is the most dangerous conditions where as the scenario of the inner column (IC) removal is the least dangerous conditions based on the consideration of various parameters. The analysis results will allow more realistic evaluations of progressive collapse resistance of RC flat plate system.
In this paper, a total of 13 beams with bonding, anchorage system, amount of prestressing and span length as variables of experiment were tested in flexural test and analyzed in finite element analysis; one control beam, two simplified FRP-boned beams, four prestressed FRP-unbonded beams and four prestressed FRP-bonded beams. Also, a nonlinear finite element analysis of beams in the flexural test is performed by DIANA program considered material nonlinear of concrete, reinforcement and the interfacial bond-slip model between concrete and CFRP plates. The failure mode of prestressed CFRP plated-beams is not debonding but FRP rupture. RC members strengthened with external bonded prestressed CFRP plates occurred 1st and 2nd debonding of the composite material. After the debonding of CFRP plates occurs in bonded system, behavior of bonded CFRP-plated beams change into that of unbonded CFRP-plated beams due to fix of the anchorage system. Also, It was compared flexural test results and analytical results of RC members strengthened with CFRF plates. The ductility of beams strengthened by CFRP plates with the anchorage system is considered high with the ductility index of above 3. Analysis results showed a good agreement with experiment results in the debonding load, yield load and ultimate load.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.1
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pp.199-207
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2018
Experimental programs were performed to evaluate the flexural performance of fiber reinforced concrete(FRC) beams using a hybrid double-layer arrangement of steel bars and fiber reinforced polymer(FRP) bars or using FRP bars only. A total of seven beam specimens were produced with type of tensile reinforcing bar(CFRP bar, GFRP bar, steel bar) and the poly vinyl alcohol(PVA) fiber mixing ratio(0.5%, 0%) as variable. An analysis method for predicting the flexural behaviors of FRC beams with hybrid arrangement of heterogeneous reinforcing bars through finite element analysis was proposed and verified. In case of the specimens with the double-layer reinforcing bars, the test results showed that the first cracking load of specimen with a double-layer arrangement of steel bars was greater by 26-34% than specimens with a hybrid double-layer arrangement of steel and FRP bars. In maximum flexural strengths, the specimen that used CFRP bars as bottom tensile reinforcing bar showed the greatest strength among the specimens with the double-layer reinforcing bars. When the maximum moment value obtained through experiments was compared with that obtained through analysis, the ratio was 1.2 on average, the standard deviation was 0.085, and the maximum error rate was 22% or less. Based on these results, the finite element analysis model proposed in this study can effectively simulate the actual behavior of the beams with hybrid double-layer reinforcing bars.
For many decades, the railway was constructed using tracks with jointed rails of relatively short lengths. The joints cause many drawbacks in the track and lead to signeficant maintenance cost. so, railroad engineers became interested in eliminating joints. Continuous welded rail(CWR) track has many advantages over the conventional jointed-rail track. but, in the case of the elimination of rail joints, it may cause the track to be suddenly buckled laterally by thermal loads. In this paper, firstly, 3-D CWR track model and CWRB program exactly considering the influence of tie are developed far linear static and buckling analysis using finite element method. Characteristics of CWR track model are using 7-dofs beam element as rail, Offset technic exactly considering centroid axies difference of track components(rail, rail-pad-fastener, tie), and Thermal gradient considering thermal difference of top flange and bottom flange in rail section.. second,, Through the static and linear buckling analysis by CWRB, Influences of various track components (rail, ballast, fastener, tie and so on..) on CWR track behavior and stability was characterized.
Moon, Do Young;Kang, Jae Mo;Lee, Janggeun;Lee, Sang Yoon;Zi, Goangseuo
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.13
no.4
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pp.97-107
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2014
Finite element modelling and analysis were conducted for the roll-type steel mats which were placed on loose sand and subjected to a standard truck wheel load in this study. The roll-type steel mats mean that the steel mats can be folded as a circle shape for the carrying to fields in cold regions where workability is limited and are developed for a rapid rehabilitation method for roadway across soft ground which is caused by thawing during the summer season in cold regions. The model is composed of link elements to simulate nonlinear behavior of connections between steel mats, thick shell elements to have flexural stiffness of the steel mats, and springs to simulate characteristics of foundation soils. The structural behaviors of the shell, link elements, and springs were verified at each modelling step through experiment and analysis. Beam and shell analysis without the link elements were conducted and compared to results obtained from the model presented in this study. Significant vertical displacement is shown in the shell model with hinge connections. Therefore, the results demonstrate that the analysis model for the roll-type steel mats on loose sand needs further detail parametric studies.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.4
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pp.245-253
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2020
In this study, natural frequencies are compared using several pile-soil interaction (PSI) models to evaluate the effects of each model on resonance safety checks for a monopile type of wind turbine structure. Base spring, distributed spring, and three-dimensional brick-shell models represented the PSIs in the finite element model. To analyze the effects of the PSI models on a natural frequency, after a stiffness matrix calculation and Winkler-based beam model for base spring and distributed spring models were presented, respectively; natural frequencies from these models were investigated for monopiles with different geometries and soil properties. These results were compared with those from the brick-shell model. The results show that differences in the first natural frequency of the monopiles from each model are small when the small diameter of monopile penetrates hard soil and rock, while the distributed spring model can over-estimate the natural frequency for large monopiles installed in weak soil. Thus, an appropriate PSI model for natural frequency analyses should be adopted by considering soil conditions and structure scale.
PIC (Piecewise Integrated Composite) is a new concept for designing a composite structure with mosaically assigning various types of stacking sequences in order to improve mechanical properties of laminated composites. Also, machine learning is a sub-category of artificial intelligence, that refers to the process by which computers develop the ability to continuously learn from and make predictions based on data, then make adjustments without further programming. In the present study, the tapered box beam type PIC robot arm for carrying and transferring wide and thin LCD display was designed based on the machine learning in order to increase structural stiffness. Essential training data were collected from the reference elements, which were intentionally designated elements among finite element models, during preliminary FE analysis. Additionally, triaxiality values for each finite element were obtained for judging the dominant external loading type, such as tensile, compressive or shear. Training and evaluating machine learning model were conducted using the training data and loading types of elements were predicted in case the level accuracy was fulfilled. Three types of stacking sequences, which were to be known as robust toward specific loading types, were mosaically assigned to the PIC robot arm. Henceforth, the bending type FE analysis was carried out and its result claimed that the PIC robot arm showed increased stiffness compared to conventional uni-stacking sequence type composite robot arm.
Model tests on propped retaining walls were performed for the investigation of wall displacement, distribution of earth pressure, surface settlement and underground movement at various excavation stage in sand. The result of model tests on the trough of surface settlement showed considerable difference depending on the characteristic of wall stiffness, wall friction and soil condition. The location of maximum underground movement were found to be at range of 0.15H to 0. 1H(H: Final excavation depth). Effect of arching by the redistribution of earth pressure were closely related to the stiffness of wall as well as the soil condition. The wall displacement and earth pressure distribution were simulated by elasto - plastic beam analysis program and finite element method with GDHM model respectively. The result of elasto-plastic analysis showed some discrepancy on the wall displacement and earth pressure, but result of underground movement by FEM with various wall stiffness were in good agreement with the model tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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