Traffic-induced cyclic loading leads to the rotation of principal stresses within pavement foundations, challenging accurate simulation with conventional triaxial testing equipment. To investigate the deformation characteristics of fiber-reinforced soil under traffic loads and to develop a fractional-order model to describe these deformations. A series of hollow cylinder torsional shear tests were conducted using the GDS-SSHCA apparatus. The effects of fiber content, load frequency, cyclic deviatoric stress amplitude, and cyclic shear stress amplitude on soil deformation were analyzed. The results revealed that fiber content up to 3% enhances soil resistance to deformation, while higher fiber content reduces it. Axial cumulative plastic deformation decreases with higher load frequencies and increases with higher cyclic stresses. The study also found that principal stress rotation exacerbates soil deformation. A fractional integral model based on the Riemann-Liouville operator was developed to describe the axial cumulative plastic strain, with its validity confirmed by supplementary tests. This model provides a scientific basis for understanding foundation deformation under traffic loading and contributes to the development of dynamic constitutive soil models.
This study presents static and dynamic strength of coal ashes collected from disposal site of power plant. Main compositions of coal ashes were bottom ashes. In order to evaluate static and dynamic characteristics of coal ash, NGI direct-simple shear tests, cyclic simple shear tests and direct shear tests were conducted. The strengths of coal ashes from those tests were compared to those of sands. Bottom ashes among coal ashes used for this study were classified as sand from the grain size distribution and show higher strength properties than the sands. For utilization of coal ashes in civil engineering project, mixing coal ashes with sandy soil using batch plant is inconvenient and the cost is higher than the spreading sand layer and coal layer alternately. In order to simulate both mixing type and layered type construction, sands and coal ashes were mixed with volume ratio 50:50 and prepared sand and coal ash layers alternately with the same volume ratio. From the tests mixed coal ashes-specimen shows slightly higher static and cyclic strength than the layered specimen at the same density. The higher strength seems due to the angular grain of bottom ashes. The cyclic stress ratio at liquefaction decreases rapidly as the number of cycle increases at mixed specimen than that of layered specimen.
Su, Li;Wang, Yuanfeng;Li, Pengfei;Mei, Shengqi;Guo, Kun
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.3
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pp.281-289
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2017
Damping value has considerable influence on the dynamic and seismic behaviors of bridges. However, currently the constant damping ratios that are prescribed by most bridge seismic design codes can't truly represent the complicated damping character of actual structures. In this paper, a cyclic loading experiment was conducted to study the effect of stress amplitude on material damping of concrete to present an analyzing model of the material damping of concrete. Furthermore, based on the fundamental damping of structure measured under ambient vibration, combined with the presented stress-dependent material damping concrete, the seismic response of a bridge pier was calculated. Comparison between the calculated and experiment results verified the validity of the presented damping model. Finally, a modified design and analysis method for bridge was proposed based on stress-dependent damping theory, and a continuous rigid frame bridge was selected as the example to calculate the actual damping values and the dynamic response of the bridge under different earthquake intensities. The calculation results indicated that using the constant damping given by the Chinese seismic design code of bridges would overestimate the energy dissipation capacity of the bridge.
Sk. Tahmid Muhatashin Fuyad;Md Abdullah Al Bari;Md. Makfidunnabi;H.M. Zulqar Nain;Mehmet Emin Ozdemir;Murat Yaylaci
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.1
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pp.23-31
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2024
Ratcheting is the cyclic buildup of inelastic strain on a structure resulting from a combination of primary and secondary cyclic stress. It can lead to excessive plastic deformation, incremental collapse, or fatigue. Ratcheting has been numerically investigated on a cantilever beam, considering the current study's primary and secondary bending loads. In addition, the effect of input frequency on the onset of ratcheting has been investigated. The non-linear dynamic elastic-plastic approach has been utilized. Analogous to Yamashita's bending-bending ratchet diagram, a non-dimensional ratchet diagram with a frequency effect is proposed. The result presents that the secondary stress values fall sequentially with the increase of primary stress values. Moreover, a displacement amplification factor graph is also established to explain the effect of frequency on ratchet occurrence conditions. In terms of frequency effect, it has been observed that the lower frequency (0.25 times the natural frequency) was more detrimental for ratchet occurrence conditions than the higher frequency (2 times the natural frequency) due to the effect of dynamic displacement. Finally, the effect of material modeling of ratcheting behavior on a beam is shown using different hardening coefficients of kinematic hardening material modeling.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.67-74
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2002
An experimental assessment on the dynamic behavior of saturated sand which can consider the irregular characteristics of earthquakes was proposed. The equivalent uniform stress concept presented by Seed and Idriss has been applied to evaluate the liquefaction resistance strength to simplify earthquake loading. However, it was known that the liquefaction resistance strength of soil based on the equivalent uniform stress concept can't exactly mirror the dynamic characteristics of the irregular earthquake motion. In this study, estimation of the criterion of the liquefaction resistance strength was determined by applying real earthquake loading to the cyclic triaxial test. From the test results, relationships between excess pore water pressure and the earthquake characteristics such as magnitude or duration were determined. Magnitude scaling factors to determine the soil liquefaction resistance strength in seismic design were also proposed.
In this study, a new methodology for the assessment of liquefaction potential is proposed. Since there is no data on the liquefaction damage in Korea, the dynamic behavior of fully saturated soils is characterized through laboratory dynamic tests. There are two experimental parameters related to the soil liquefaction resistance characteristics : the one is the index of disturbance determined by $G/G_{max}$ curve and the other is a plastic shear strain trajectory evaluated from stress-strain curve. The proposed methodology takes advantage of the site response analysis based on real earthquake records to determine the driving effect of earthquake. In the evaluation of liquefaction resistance characteristics, it is verified experimentally that the magnitude of cyclic shear stress has no influence on the critical value of plastic shear strain trajectory at which the initial liquefaction occurs. Cyclic triaxial tests under the conditions of various cyclic stress ratios and torsional shear tests are carried out far the purpose of verification. Through this study, the critical value at the initial liquefaction is found unique regardless of the cyclic stress ratio. It is also f3und that liquefaction resistance curve drawn with disturbance and plastic shear strain trajectory can simulate the behavior of fully saturated soils under dynamic loads.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.03a
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pp.569-576
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2003
Based on the equivalent uniform stress concept Presented by Seed and Idriss, sinusoidal cyclic loads which simplified earthquake loads have been applied in evaluating the liquefaction resistance strength experimentally. However, the liquefaction resistance strength of soil based on the equivalent uniform stress concept can not exactly reflect the dynamic characteristics of the irregular earthquake motion. The liquefaction assessment method which was invented by using the equivalent uniform stress concept is suitable for the severe earthquake region such as Japan or USA, so the proper method to Korea is needed. In this study, estimation of the resistance to liquefaction was conducted by applying real earthquake loading to the cyclic triaxial test. From the test results, the characteristics of the fine sand under moderate earthquake were analyzed and compared with the results under strong earthquakes. Typically real earthquake loads used in this study are divided into two types - impact type and vibration type. Furthermore, results of the liquefaction resistance strength based on the equivalent uniform stress concept and tile concept using real earthquake loading were compared.
Nowadays, geosynthetics for reinforcement and protection are widely applied to the waste landfill site. Current research indicates the potential for progressive failure in geosynthetic-soil system depends on the interface shear strength governed by several intrinsic factors such as moisture, normal stress, chemical, etc. In particular, the effect of the acidity and basicity from the leachate is intensively reviewed to assess the chemical reaction mechanism of interface shear strength under the cyclic loading condition. New multi-purpose interface apparatus(M-PIA) has been manufactured and the cyclic direct shear tests using submerged geosynthetics and soils under the different chemical conditions have been performed, consequently, the thickness of interface and shear stress degradation are verified. The basic schematic of the Disturbed State Concept(DSC) is employed to estimate the shear stress degradation in the interface, then, normalized disturbed function is obtained and analyzed to describe the shear stress degradation of geosynthetic-soil interface with chemical influence factors under dynamic condition.
Lee, Kee Sung;Kim, Do Kyung;Woo, Sang Kuk;Han, Moon Hee
The Korean Journal of Ceramics
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v.7
no.2
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pp.63-69
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2001
We investigated strength degradations from cyclic contact fatigue in self-toughened glass-ceramics. Hertzian indentation was used to induce cyclic contact load. Dynamic fatigue was also performed with changing stress rates from 0.01 to 10000 MPa/sec. After that, strength data and fracture origins were analysed. As the number of contact cycles increased or stressing rate decreased, severe strength degradation occurred by as much as 50% because of radial cracks developed from microcrack coalescence.
It is very important to evaluate the reliable deformational characteristics of soils not only in the analysis of geotechnical structures under working stress conditions as foundation in railroad or road system but also for the soil dynamic problems. Different testing techniques are likely to have different testing conditions as strain amplitude, stress level, loading frequency and number of loading cycles. The deformational characteristics of soils can be affected by these variables. In this paper, the effects on modulus of soils subjected to cyclic load were investigated. For the evaluation of deformational characteristics of soils subjected cyclic load, various testing such as TS, RC, TX, and FFRC tests were performed. It was shown that the modulus evaluated by various testing methods are comparable to each other fairly well when the effects of these factors were properly taken into account. For reliable evaluation, therefore, those effects on the modulus need to be considered, and measured values should be effectively adjusted to actual conditions where the soil is working.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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