Subsea power cables are subjected to various external loads induced by environmental and mechanical factors during manufacturing, shipping, and installation. Therefore, the prediction of the structural strength is essential. In this study, experimental and theoretical analyses were performed to investigate the axial stiffness of subsea power cables. A uniaxial tensile test of a 6.5 m three-core AC inter-array subsea power cable was carried out using a 10 MN hydraulic actuator. In addition, the resultant force was measured as a function of displacement. The theoretical model proposed by Witz and Tan (1992) was used to numerically predict the axial stiffness of the specimen. The Newton-Raphson method was employed to solve the governing equation in the theoretical analysis. A comparison of the experimental and theoretical results for axial stiffness revealed satisfactory agreement. In addition, the predicted axial stiffness was linear notwithstanding the nonlinear geometry of the subsea power cable or the nonlinearity of the governing equation. The feasibility of both experimental and theoretical framework for predicting the axial stiffness of subsea power cables was validated. Nevertheless, the need for further numerical study using the finite element method to validate the framework is acknowledged.
Richard Badonbok Lyngkhoi;Teiborlang Warjri;Wanraplang Warlarpih;Comingstarful Marthong
Structural Monitoring and Maintenance
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v.10
no.2
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pp.117-132
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2023
The most prevalent and oldest type of structure is unreinforced masonry (URM) structures; URM walls are still a widely used construction material in India and many other developing countries due to their simplicity, ease of construction, economic sustainability, and ability to be built with locally available materials. URM walls are significantly weak while carrying lateral loads. The poor performance of URM walls during earthquakes has necessitated investigating an effective method for strengthening a newly built masonry building or retrofitting an old structure. Wire mesh, being cost-effective and easily available, satisfies the requirements to strengthen new and old URM buildings. The use of wire mesh to strengthen and retrofit the URM structure is simple to use, quick to construct, and inexpensive, especially in developing nations where heavy machinery and highly qualified labour are lacking. The current paper reviews the effectiveness of steel wire mesh as a reinforcing material for enhancing masonry strength. The finding gave encouraging results for the field application of wire mesh.
Liusheng Chu;Yunhui Chen;Jie Li;Yukun Yang;Danda Li;Xing Ma
Steel and Composite Structures
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v.50
no.4
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pp.419-428
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2024
Prefabricated partially-encased composite (PEC) structural component is widely used in construction industry due to its superior structural performance and easy assembly characteristic. However, the solid web in traditional PEC components tends to split concrete into two halves, thus potentially reduces structural integrity and requires double concrete pouring. To overcome the above disadvantages, a new PEC beam with open-web π-shaped steel is proposed in this paper. Four open-web PEC beams with varying sectional height, flange thickness and web void rate were constructed and tested under flexural loads. During experimental tests, all beams exhibited typical flexural failure modes with strong moment capacities and excellent ductility. Owing to the unique construction form of web opening, steel-concrete bonding properties were enhanced and very small relative steel-concrete slips were observed. Experimental results also showed that the flexural capacity of such PEC beams increased with the increase of the sectional height and flange thickness, while was not affected by the web void rate. At last, a flexural capacity formula of the open-web PEC beam was proposed based on the whole section plastic rule. The formula results agreed well with experimental results.
Nanotechnology is a popular field in the construction industry due to its multiple functions. It mitigates CO2 emissions and enhances the desirable properties of concrete by replacing small amounts of cement with supplements. This study assess the sustainability impact of using two different nanoparticles partially replacing the cement with 0.3%, 0.6%, 1.0% of nano silica (NS) and 0.03%, 0.045%, 0.06% of Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT) in the green concrete mix developement. Nano-sized fragments at the atomic scale tends to modify the properties of concrete. Concrete may increase its strength, durability by adding nanocomposite materials, which will decrease the amount of nano and micropores in structural parts. The strength of the structural elements can be greatly improved and allowing them to withstand higher loads and resist deformation. It improved durability properties by 64.8% in water absorption, 56.4% in acid attack, 78.1% in sulphate attack, and 53.4% in chloride attack. There was an improvement in compressive strength of 37% and split tensile strength of 90%. SEM, FTIR, and XRD investigations have used to look at the microstructural characteristics of nanoconcrete dictated the microstructure characteristics may be made more consistent and dense by adding nanocomposite materials.
Due to the asymmetric cross-section of unequal-angle steel, the application of loads can induce axial rotation, leading to a series of buckling failure behaviors. Special attention must be paid during the design process. The present study aims to analyze the structural behavior of asymmetric steel angle members under various eccentric loading conditions, considering the complex biaxial bending interaction that arises when the angle steel is connected to the panel. Several key factors are investigated in this paper, including the effects of uniaxial and biaxial eccentricity on the structural behavior and the eccentric axial compression strength of long and short legs at different load application points. Potential risks associated with the specified load points, based on the AISC specifications, are also discussed. The study observed that the strength values of the members exhibited significant changes when the eccentric load deviates from the specified point. The relative position of the eccentric load point and the slenderness ratio of the member are critical influencing factors. Overall, this research intends to enhance the accuracy and reliability of strength analysis methods for asymmetric single angle steel members, providing valuable insights and guidance for a safer and more efficient design.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.1
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pp.19-27
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2015
Recently, the most of domestic high-rise residential complex buildings are constructed with reinforced concrete structures, which may bring structural problems during construction. This study is aimed to analyze structural safety and lateral load-resisting performance of RC high-rise residential complex building under construction. The tower-typed building with 60 floors is selected as a sample model, and numerical analyses are performed. The structural performances of building structures at construction stages, which are resulted form the analyses of numerical models completed up to 10th, 20th, 30th, 40th, 50th, or 60th floor, are compared to those of the completed building structure. For the comparisons of structural performances, modal shapes and fundamental periods of building structures, lateral load-resisting performances, and structural design performances of structural members are considered. The lateral displacement and story drift ratio are analyzed for lateral load-resisting performances, and comparisons of design ratios at construction and design stages are performed for structural design performances of structural members. The guideline of design loads and structural analysis schemes for checking the safety of RC high-rise building under construction is presented.
New generation of tall and complex buildings systems are now introduced that are reflective of the latest development in materials, design, sustainability, construction, and IT technologies. While the complexity in design is being overcome by the availability and advances in structural analysis tools and readily advanced software, the design of these buildings are still reliant on minimum code requirements that yet to be validated in full scale. The involvement of the author in the design and construction planning of Burj Khalifa since its inception until its completion prompted the author to conceptually develop an extensive survey and real-time structural health monitoring program to validate all the fundamental assumptions mad for the design and construction planning of the tower. The Burj Khalifa Project is the tallest structure ever built by man; the tower is 828 meters tall and comprises of 162 floors above grade and 3 basement levels. Early integration of aerodynamic shaping and wind engineering played a major role in the architectural massing and design of this multi-use tower, where mitigating and taming the dynamic wind effects was one of the most important design criteria established at the onset of the project design. Understanding the structural and foundation system behaviors of the tower are the key fundamental drivers for the development and execution of a state-of-the-art survey and structural health monitoring (SHM) programs. Therefore, the focus of this paper is to discuss the execution of the survey and real-time structural health monitoring programs to confirm the structural behavioral response of the tower during construction stage and during its service life; the monitoring programs included 1) monitoring the tower's foundation system, 2) monitoring the foundation settlement, 3) measuring the strains of the tower vertical elements, 4) measuring the wall and column vertical shortening due to elastic, shrinkage and creep effects, 5) measuring the lateral displacement of the tower under its own gravity loads (including asymmetrical effects) resulting from immediate elastic and long term creep effects, 6) measuring the building lateral movements and dynamic characteristic in real time during construction, 7) measuring the building displacements, accelerations, dynamic characteristics, and structural behavior in real time under building permanent conditions, 8) and monitoring the Pinnacle dynamic behavior and fatigue characteristics. This extensive SHM program has resulted in extensive insight into the structural response of the tower, allowed control the construction process, allowed for the evaluation of the structural response in effective and immediate manner and it allowed for immediate correlation between the measured and the predicted behavior. The survey and SHM programs developed for Burj Khalifa will with no doubt pioneer the use of new survey techniques and the execution of new SHM program concepts as part of the fundamental design of building structures. Moreover, this survey and SHM programs will be benchmarked as a model for the development of future generation of SHM programs for all critical and essential facilities, however, but with much improved devices and technologies, which are now being considered by the author for another tall and complex building development, that is presently under construction.
Kim, Seung-Jun;Shim, Kyung-Suk;Won, Deok-Hee;Cho, Sun-Kyu;Kang, Young-Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.1
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pp.99-111
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2011
This paper presents an investigation of the structural stability of cable-stayed bridges in the construction stage, using geometric nonlinear finite-element analysis and considering various geometric nonlinearities, such as the sag effect of the cables, the P-${\Delta}$ effects of the girder and mast, and the large displacement effect. Initial shape analysis and construction-stage analysis were performed to determine the equilibrium of the structure in the construction stage. After that, geometric nonlinear analysis was performed to study structural stability. In this study, the weight of the derrick crane and the key segment were considered the main external loads, which were applied to the tip of the center span. The cable arrangement type and the stiffness ratios of the girder and mast were considered the main parameters of the analytic research. Based on the results of the analysis, the change in the buckling mode and critical load factors with respect to the cable arrangement type and the stiffness ratios of the girder and mast was investigated. The buckling modes of the steel cable-stayed bridges in the construction stage were classified, and the ranges of the stiffness ratios of the girder and mast, which show these classified buckling modes, were suggested.
Kim, Seung-Hun;Lee, Ae-Bock;Han, Byung-Chan;Ha, Sang-Su;Yun, Hyun-Do
Structural Engineering and Mechanics
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v.18
no.4
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pp.493-516
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2004
This paper addresses the behavior and strength of structural walls with a concrete compressive strength exceeding 69 MPa. This information also enhances the current database for improvement of design recommendations. The objectives of this investigation are to study the effect of axial-load ratio on seismic behavior of high-strength concrete flexural walls. An analysis has been carried out in order to assess the contribution of deformation components, i.e., flexural, diagonal shear, and sliding shear on total displacement. The results from the analysis are then utilized to evaluate the prevailing inelastic deformation mode in each of wall. Moment-curvature characteristics, ductility and damage index are quantified and discussed in relation with axial stress levels. Experimental results show that axial-load ratio have a significant effect on the flexural strength, failure mode, deformation characteristics and ductility of high-strength concrete structural walls.
This paper presents an optimization process using Harmony Search Algorithm for minimum weight of steel space frames under earthquake effects according to Turkish Earthquake Code (2007) specifications. The optimum designs are carried out by selecting suitable sections from a specified list including W profiles taken from American Institute of Steel Construction (AISC). The stress constraints obeying AISC-Load and Resistance Factor Design (LRFD) specifications, lateral displacement constraints and geometric constraints are considered in the optimum designs. A computer program is coded in MATLAB for the purpose to incorporate with SAP2000 OAPI (Open Application Programming Interface) to perform structural analysis of the frames under earthquake loads. Three different steel space frames are carried out for four different seismic earthquake zones defined in Turkish Earthquake Code (2007). Results obtained from the examples show the applicability and robustness of the method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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