Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.913-922
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2009
Fourteen model pile load tests using a calibration chamber and instrumented model pile were preformed to investigate the variation of the behaviors of driven piles in sands with soil and lateral cyclic loading conditions. Results of the model tests showed that the first loading cycle generated more than 70% of the pile head rotation developed for 50 lateral loading cycles. Lateral cyclic loading also made an increase of the ultimate lateral load capacity of piles for $K_0$=0.4 and an decrease for $K_0$ higher than 0.4. Higher portion of the increase or decrease in the ultimate lateral load capacity by lateral cyclic loading was generated for the first loading cycle due to densification of loosening of the soil around the pile by lateral cyclic loading. It was also observed that a two-way cyclic loading caused higher ultimate lateral load capacity of driven piles than a one-way cyclic loading. When the pile was in the ultimate state, the maximum bending moment developed in the pile increased with increasing $K_0$ value of soil and was insensitive to the magnitude and number of lateral cyclic loading.
Junhua Xiao;Jiapei Ma;Jianfeng Xue;Zhiyong Liu;Yingqi Bai
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.5
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pp.481-489
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2023
Drained cyclic triaxial tests were conducted on a saturated sand to examine its deformation characteristics under either axial or lateral cyclic loading condition. To apply lateral cyclic loading, the cell pressure was cycled while maintaining a constant vertical stress. The strain accumulations and flow direction in the soil were presented and discussed considering various initial stress ratios (η0), cyclic stress amplitudes and cyclic stress paths. The results indicate that axial strain accumulation shows an exponential increase with the maximum stress ratio (ηmax). The initial deviatoric stress has comparable effects with lateral cyclic stress amplitude on the accumulated axial strain. In contrast, the accumulated volumetric strain is directly proportional to the lateral cyclic stress amplitude but not much affected by η0 values. Due to the anisotropy of the soil, the accumulated axial and lateral bulging strains are greater in lateral cyclic loading when compared to axial cyclic loading even though ηmax is the same. It is also found that ηmax affects soil's lateral deformation and increasing the ratio could change the lateral deformation from contraction to bulging. The flow direction depends on ηmax in the sand under lateral cyclic loading, regardless of η0 values and the cyclic stress amplitudes, and a large ηmax could lead to great deviatoric strain but a little volumetric strain accumulation.
The behavior of laterally cyclic loaded piles is affected by the magnitude and number of cycles of cyclic lateral loads as well as loading method (1-way or 2-way loading). In this study, calibration chamber tests were carried out to investigate the effects of loading method of cyclic lateral loads on the behavior of piles driven into sand. Results of the chamber tests show that the permanent lateral displacement of 1-way cyclic loaded piles is developed in the same direction as the first loading, whereas that of 2-way cyclic loaded piles is developed in the reverse direction of the first loading. 1-way cyclic lateral loads cause a decrease of the ultimate lateral load capacity of piles, and 2-way cyclic lateral loads cause an increase of the ultimate lateral load capacity of piles. The change of ultimate lateral load capacity with loading method of cyclic lateral loads increases with increasing number of cycles. It is also observed that the 1-way cyclic loads generate greater maximum bending moment than 2-way cyclic loads for piles in cyclic loading step and generates smaller maximum bending moment for piles in the ultimate state. It can be attributed to the difference in compaction degree of the soil around the piles with loading method of cyclic lateral loads. In addition, it is founded that 1-way and 2-way cyclic lateral loads cause a decrease in the maximum bending moment of piles in the ultimate state compared with that of piles subjected to only monotonic loads.
In offshore engineering, lateral cyclic loading may induce excessive lateral movement and bending strain in pile foundations. Previous studies mainly focused on deformation mechanisms of single piles due to lateral cyclic loading. In this paper, centrifuge model tests were conducted to investigate the response of a $2{\times}2$ pile group due to lateral cyclic loading in clay. After applying each loading-unloading cycle, the pile group cannot move back to its original location. It implies that residual movement and bending strain are induced in the pile group. This is because cyclic loading induces plastic deformation in the soil surrounding the piles. As the cyclic load increases from 62.5 to 375 kN, the ratio of the residual to the maximum pile head movements varies from 0.30 to 0.84. Moreover, the ratio of the residual to the maximum bending strains induced in the piles is in a range of 0.23 to 0.82. The bending strain induced in the front pile is up to 3.2 times as large as that in the rear pile. Thus, much more protection measures should be applied to the front piles to ensure the serviceability and safety of pile foundations.
In order to analyze the effect of the cyclic lateral loading on the response of a pile-soil system, a full-scale single steel pile was subjected to one-way cyclic loading. The test pile was driven into a bi-layered soil consisting of a normally consolidated saturated clay overlying a silty sandy layer, the site being submerged by water up to one meter above the mudline in order to reproduce the conditions of an offshore pile foundation. The aim of this paper is to present the main results of interpretation of the cyclic lateral tests in terms of pile deflections, bending moment, and cyclic P-Y curves. From these latter an absolute secant reaction modulus EAS,N was derived and a simple calculation model of the test single pile is proposed based on this modulus. Two applications of the proposed model are carried out, one with a 2D finite element modelling, and the second with a load transfer curves-based method.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.81-84
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2008
The purposes of this study are to verify a reasonable model of material characteristic and to propose a rational model of reinforcement characteristic considering monotonic and cyclic loading about manufactured reinforcing steel in Korea. Longitudinal reinforcements of the plastic hinge region were behaved tensile deformation and compressional deformation by direction of lateral loading. However Confinement steels were behaved only tensile deformation by lateral loading. Transverse steels were laid the state of tension in the lateral loading of time, and they were laid state that stress is zero when it was removed lateral load. The tests for cyclic tension loading were performed for test variable as yield strength and reinforcement bar sizes. It was estimated that the total strain energy per unit volume was 74 $MJ/m^3$. The modified ultimate concrete compression strain model was proposed based on experimental study of cyclic tension test for manufactured reinforcing steel in Korea.
A nonlinear Finite Element (FE) algorithm is proposed to analyze the Reinforced Concrete (RC) columns subjected to Cyclic Loading (CL), Cyclic Oriented Lateral Force and Axial Loading (COLFAL), Monotonic Loading (ML) or Oriented Pushover Force and Axial Loading (OPFAL) in any direction. In the proposed algorithm, the following parameters are considered: uniaxial behavior of concrete and steel elements, the pseudo-plastic hinge produced in the critical sections, and global behavior of RC columns. In the proposed numerical simulation, the column is discretized into two Macro-Elements (ME) located between the pseudo-plastic hinges at critical sections and the inflection point. The critical sections are discretized into Fixed Rectangular Finite Elements (FRFE) in general cases of CL, COLFAL or ML and are discretized into Variable Oblique Finite Elements (VOFE) in the particular cases of ML or OPFAL. For pushover particular case, a fairly fast converging and properly accurate nonlinear simulation method is proposed to assess the behavior of RC columns. The proposed algorithm has been validated by the results of tests carried out on full-scale RC columns.
A fundamental study of drilled shafts subjected to lateral cyclic loading in weathered soil was carried out based on field tests and numerical analysis. The emphasis was given on quantifying the cyclic p-y curve function from lateral cyclic loading tests and three-dimensional finite element analysis. Lateral cyclic loading tests and three-dimensional finite element analysis were carried out to investigate the behavior of drilled shafts according to the direction of cyclic loading. Based on the field tests and numerical analysis, a modified lateral load transfer relationship and design chart with degradation factors were proposed by considering the characteristics of cyclic loading. It was found that the prediction by the proposed p-y curve function is in good agreement with the general trends observed by in-situ measurements, and it represents a practical improvement in the prediction of lateral displacement and bending moment distribution of drilled shafts subjected to cyclic loading.
Monopiles, used as one foundation option for offshore wind turbines, are usually subjected to great cyclic lateral loads due to wind and wave. In this study, model pile load tests were performed using calibration chamber and three model piles with different pile lengths in order to investigate the behavior of laterally cyclic loaded piles driven into sand. Model test results show that the first loading cycle generates a bigger displacement than the following ones, and the permanent displacement of piles by one loading cycle decreases with increasing the number of cycles. 1-way cyclic loading causes the permanent displacement in the same direction as cyclic loading, whereas 2-way cyclic loading causes the permanent displacement in the reverse direction of initial loading. It is also observed that the permanent displacement of piles due to cyclic lateral loads increases with decreasing relative density of soil and with increasing the magnitude of cyclic loads. However, it is insensitive to the earth pressure ratio of soil and embedded pile length. In addition, based on the model pile load test results, equations for estimation of the permanent lateral displacement and rotation angle of piles due to 1-way cyclic lateral loads are proposed.
Park, Minseok;Kim, Chul-Young;Han, Jongwook;Chae, Yunbyeong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.6
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pp.637-644
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2021
Dynamic response of structures can be evaluated experimentally by conducting cyclic loading tests. It has been known that steel materials are rate-dependent and the lateral response of a structure is significantly affected by the presence of axial force. However, the rate-dependency of steel column structures subjected to both axial and lateral loads has not been sufficiently studied yet due to the difficulty of controlling the axial force in a real-time manner during test. This study introduces an advanced way to apply the axial load in real-time to a column specimen using the adaptive time series (ATS) compensator and the flexible loading beam (FLB), where the H-shape steel columns made of SS275 are used for monotonic and cyclic loading tests with various loading rates with axial loads. The lateral strength and post-yield response of the steel columns are compared for each of monotonic and cyclic loading tests. The estimating equation of yield stress of various strain rate has proposed and finite element analysis were performed for comparison.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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