Buckling is one of the major causes of failure in thin-walled plate members and the presence of cracks with different lengths and locations in such structures may adversely affect this phenomenon. This study focuses on the buckling stability assessment of centrally and non-centrally cracked plates with small-, intermediate-, and large-size cracks, and different aspect ratios as well as support conditions, subjected to uniaxial compression. To this end, numerical models of the cracked plates were created through singular finite element method using a computational code developed in MATLAB. Eigen-buckling analyses were also performed to study the stability behavior of the plates. The numerical results and findings of this research demonstrate the effectiveness of the crack length and location on the buckling capacity of thin plates; however, the degree of efficacy of these parameters in plates with various aspect ratios and support conditions is found to be significantly different. Overall, careful consideration of the aspect ratio, support conditions, and crack parameters in buckling analysis of plates is crucial for efficient stability design and successful application of such thin-walled members.
Peatland is distributed in China widely, and organic matters in soil frequently induce problems in the construction and maintenance of highway engineering due to the high permeability and compressibility. In this paper, a selected site of Dali-Lijiang expressway was surveyed in China. A numerical model was built to predict the settlement of the foundation of the selected section employing the soft soil creep (SSC) model in PLAXIS 8.2. The model was subsequently verified by the result of field observance. Consequently, the parameters of 17 types of soils from different regions in China with organic contents varying from 1.1-74.9% were assigned to the numerical model to study the settlement characteristics. The calculated results showed that the duration of primary consolidation and proportion of primary settlement in the total settlement decreased with increasing organic content. Two empirical equations, for total consolidation settlement and secondary settlement, were proposed using multiple linear regression based on the calculated results from the numerical models. The analysis results of the significances of certain soil parameters demonstrated that the natural compression index, secondary compression index, cohesion and friction angle have significant linear relevance with both the total settlement and secondary settlement, while the initial coefficient of permeability exerts significant influence on the secondary settlement only.
The multiparameter eigenvalue method can be used to solve the damped finite element model updating problems. This method transforms the original problems into multiparameter eigenvalue problems. Comparing with the numerical methods based on various optimization methods, a big advantage of this method is that it can provide all possible choices of physical parameters. However, when solving the transformed singular multiparameter eigenvalue problem, the proposed method based on the generalised inverse of a singular matrix has some computational challenges and may fail. In this paper, more details on the transformation from the dynamic model updating problem to the multiparameter eigenvalue problem are presented and the structure of the transformed problem is also exposed. Based on this structure, the rigorous mathematical deduction gives the upper bound of the number of possible choices of the physical parameters, which confirms the singularity of the transformed multiparameter eigenvalue problem. More importantly, we present a row and column compression method to overcome the defect of the proposed numerical method based on the generalised inverse of a singular matrix. Also, two numerical experiments are presented to validate the feasibility and effectiveness of our method.
Tapered girders emerged as an economical remedy for the challenges associated with constructing long-span buildings. From an economic standpoint, these systems offer significant advantages, such as wide spans, quick assembly, and convenient access to utilities between the beam's shallow sections and the ceiling below. Elastic-local buckling is among the various failure modes that structural designers must account for during the design process. Despite decades of study, there remains a demand for efficient and comprehensive procedures to streamline product design. One of the most pressing requirements is a better understanding of the tapered web plate girder's local buckling behavior. This paper conducts a comprehensive numerical analysis to estimate the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates, considering loading conditions involving compression and bending stresses. An eigenvalue analysis was carried out to determine the natural frequencies and corresponding mode shapes of tapered web plates with varying geometric parameters. Additionally, the study highlights the relative significance of various parameters affecting the local buckling phenomenon, including the tapering ratio of the panel, normalized plate length, and ratio of minimum to maximum compressive stresses. The regression analysis and optimization techniques were performed using MATLAB software for the results of the finite element models to propose a separate formula for each load case and a unified formula covering different compression and bending cases of the elastic local buckling coefficient. The results indicate that the proposed formulas are applicable for estimating the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates.
In this study, compression and shear characteristics of laminated rubber bearings and lead rubber bearings with various parameters are investigated by using material and geometric nonlinear three-dimensional finite element analysis. Rubber coupon tests are performed to make a model of the laminated rubber bearings. In addition, the material constants of the rubber are calculated by the curve fitting process of stress-strain relationship. The finite element analysis and experimental tests of the laminate rubber bearings are used to verify the validity of the rubber material constants. It is seen that the compression behavior of the laminated rubber bearings and lead rubber bearings mainly varies depending on the first shape factors and their shear behavior significantly varies depending on the second shape factors. In addition, the horizontal stiffness and energy dissipation capacity of lead rubber bearing are increased when the diameter of a lead bar is increased.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.3
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pp.115-123
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1989
This paper probabilisticly analyses the variance of the soil parameters on kinds of soil by conducting statistical analysis through the Unified Soil Classification System. Data used are the result of soil test which the Korea National Housing Corporation conducted in 176 sites of 74 cities throughout the country during the past 13 years from 1974 to 1986. In this paper, soil parameters such as natural water contents, specific gravity of soil particle, Atterberg limits, N-values, unconfined compression strength, compression index and shear strength parameter etc., is analysed. The result of the analysis is as follows. 1) The variance in physical properties of the soil is, when compared with coefficient of variation which is statistical variable, comparatively small. 2) The shear strength parameter is proved to be about 40% and compression index is about 32%. 3) The variance in specific gravity is 0.87-2.49% in granular soil and 0.91~5.03% in cohesive soil respectively. So, the degree of the variance is very small.
In this paper, shear strength characteristics of an unsaturated soil were compared using triaxial compression tests(CD) and modified direct shear tests and thus feasibility of the newly modified direct shear testing apparatus was confirmed. The shear strength tests of unsaturated state with a soil sample, obtained from a slope where debris flow occurred at Yangpyeong in Kyeunggi province during 2010, were performed. Both tests showed a linear relationship of matric suction with the shear strength under low level of matric suction. The apparent cohesion of the unsaturated soil was also increased linearly with increase of matric suction. As results of comparing two different testing apparatus, estimated values of shear strength parameters of unsaturated soil($c^{\prime}$, ${\phi}^b$) were slightly larger in the modified direct shear tests due to constraint effect of shear box.
In this paper, cyclic loading tests on composite frame inner joints of steel-reinforced recycled concrete (SRRC) column-steel beam were conducted. The main objective of the test was to obtain the shear behavior and analyze the shear strength of the joints. The main design parameters in the test were recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage and axial compression ratio. The failure process, failure modes, hysteresis curves and strain characteristics of the joints were obtained, and the influences of design parameters on the shear strength of the joints have been also analysed in detail. Results show that the failure modes of the joints area are typical shear failure. The shear bearing capacity of the joints maximally decreased by 10.07% with the increase in the RCA replacement percentage, whereas the shear bearing capacity of the joints maximally increased by 16.6% with the increase in the axial compression ratio. A specific strain analysis suggests that the shear bearing capacity of the joints was mainly provided by the three shear elements of the recycled aggregate concrete (RAC) diagonal compression strut, steel webs and stirrups of the joint area. According to the shear mechanism and test results, the calculation formulas of the shear bearing capacity of the three main shear elements were deduced separately. Thus, the calculation model of the shear bearing capacity of the composite joints considering the adverse effects of the RCA replacement percentage was established through a superposition method. The calculated values of shear strength based on the calculation model were in good agreement with the test values. It indicates that the calculation method in this study can reasonably predict the shear bearing capacity of the composite frame inner joints of SRRC column-steel beam.
To study the seismic behavior of recycled aggregate concrete filled circular steel tube (RACFCST) frames, the seismic behavior experiment of RACFCST frame was carried out to measure the hysteresis curve, skeleton curve and other seismic behavior indexes. Moreover, based on the experimental study, a feasible numerical analysis model was established to analyze the finite element parameters of 8 RACFCST frame specimens, and the influence of different variation parameters on the seismic behavior index for RACFCST frame was revealed. The results showed that the skeleton curve of specimens under different axial compression ratios were divided into three stages: elastic stage, elastic-plastic stage and descending stage, and the descending stage was relatively stable, indicating that the specimen had stronger deformation capacity in the descending stage. With the increase of axial compression ratio, the peak bearing capacity of all specimens reduced gradually, and the reduction was less than 5%. With the decrease of beam-column linear stiffness ratio, the peak bearing capacity decreased gradually. With the decrease of yield bending moment ratio of beam-column, the peak bearing capacity decreased gradually, and the decreasing rate of peak bearing capacity gradually accelerated. In addition, compared with the axial compression ratio, the beam-column linear stiffness ratio and the yield bending moment ratio of beam-column had a more significant influence on the peak bearing capacity of RACFCST frame.
The point load test (PLT) is a widely-used alternative method in the field to determine the uniaxial compressive strength due to its simple testing machine and procedure. The point load test index can estimate the uniaxial compressive strength through conversion factors based on the rock types. However, the mechanism correlating these two parameters and the influence of the mechanical properties on PLT results are still not well understood. This study proposed a theoretical model to understand the mechanism of PLT serving as an alternative to the UCS test based on laboratory observation and literature survey. This model found that the point load test is a self-confined compression test. There is a compressive ellipsoid near the loading axis, whose dilation forms a tensile ring that provides confinement on this ellipsoid. The peak load of a point load test is linearly positive correlated to the tensile strength and negatively correlated to the Poisson ratio. The model was then verified using numerical and experimental approaches. In numerical verification, the PLT discs were simulated using flat-joint BPM of PFC3D to model the force distribution, crack propagation and BPM properties' effect with calibrated micro-parameters from laboratory UCS test and point load test of Berea sandstones. It further verified the mechanism experimentally by conducting a uniaxial compressive test, Brazilian test, and point load test on four different rocks. The findings from this study can explain the mechanism and improve the understanding of point load in determining uniaxial compressive strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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