This article analyzed the modulus degradation of concrete subjected to multi-level compressive cyclic loading. The evolution of secant elastic modulus is investigated based on measurements from top loading platen and LVDT in the middle part of concrete. The difference value of the two secant elastic moduli is reduced when close to failure and could be used as a fatigue failure precursor. The fatigue hardening is observed for concrete during cyclic loading. When the maximum stress is smaller the fatigue hardening is more obvious. The slight increase of maximum stress will lead to the "periodic hardening". The tangent elastic modulus shows a specific "bowknot" shape during cyclic loading, which can characterize the hysteresis of stress-strain and is influenced by the cyclic loading stresses. The deterioration of secant elastic modulus acts a similar role with respect to the P-wave speed during cyclic loading, can both characterize the degradation of the concrete properties.
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.
Zhang, Benjiao;Mei, Can;Huang, Bin;Fu, Xudong;Luo, Gang;Lv, Bu
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.4
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pp.611-626
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2017
The research reported herein is concerned with the model testing of piles socketed in soft rock which was simulated by cement, plaster, sand, water and concrete hardening accelerator. Model tests on a single pile socketed in simulated soft rock under axial cyclic loading were conducted and the bearing capacity and accumulated deformation characteristics under different static, and cyclic loads were studied by using a device which combined oneself-designed test apparatus with a dynamic triaxial system. The accumulated deformation of the pile head, and the axial force, were measured by LVDT and strain gauges, respectively. Test results show that the static load ratio (SLR), cyclic load ratio (CLR), and the number of cycles affect the accumulated deformation, cyclic secant modulus of pile head, and ultimate bearing capacity. The accumulated deformation increases with increasing numbers of cycles, however, its rate of growth decreases and is asymptotic to zero. The cyclic secant modulus of pile head increases and then decreases with the growth in the number of cycles, and finally remains stable after 50 cycles. The ultimate bearing capacity of the pile is increased by about 30% because of the cyclic loading thereon, and the axial force is changed due to the applied cyclic shear stress. According to the test results, the development of accumulated settlement is analysed. Finally, an empirical formula for accumulated settlement, considering the effects of the number of cycles, the static load ratio, the cyclic load ratio and the uniaxial compressive strength, is proposed which can be used for feasibility studies or preliminary design of pile foundations on soft rock subjected to cyclic loading.
The analysis of long-term performance of pavement sections under wheel loads is normally conducted in two separated steps. First the resilient behavior of the pavement is calculated assuming the pavement is a layered or discrete elastic medium, and then the permanent deformation is evaluated based on empirical permanent displacement equations. Material properties required in both steps can be obtained from cyclic triaxial tests, in other words, resilient and permanent deformation tests. While this analytical approach is simple and convenient, it does not consider the modulus degradation caused by cyclic loads, and some types of reinforcements such as geosynthetic cannot be modeled in this type of analysis. A model for degraded secant modulus is proposed and suggested to be used for the analysis of permanent behavior of unpaved roadway sections. The parameter for suggested model can be obtained from cyclic triaxial tests, regular practice in pavement engineering. Examples to estimate the model parameters are presented based on both laboratory permanent deformation test and large-scale plate load test.
The field plate load test has a good potential for determining modulus since it measures both plate pressure and settlement. Conventionally the modulus has been assumed to be a constant secant value defined from the settlement of the plate at a given load intensity. A constant modulus (modulus of subgrade reaction, k), however, may not be a representative value of subgrade soil under working load. Field strain(o. stress)-dependent modulus characteristics of subgrade soils, at relatively low to intermediate strains, are important in the pavement design. In this study, the field strain dependent moduli of subgrade soils were obtained using cyclic plate load test. Testing procedure and data reduction method are proposed. The field crosshole and laboratory resonant column tests were also performed to determine field nonlinear modulus at $0.001\%\;to\;0.1\%$ strains, and the modulus values and nonlinear trends are compared to those obtained by cyclic plate load tests. Both modulus values match relatively well when the different state of stress between two tests was considered, and the applicability of field cyclic plate load test for determining nonlinear modulus values of subgrade soils is verified.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.552-557
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1997
In this study, a quantitative analysis technique for the damage process of reinforced concrete beams under repeated shear loading is proposed, which can express the progressively increasing strain and stiffness reduction. The analysis technique is mainly based on the modified compression field theory and scalar damage concept. which describe the strain and stress configuration in the shear zone by considering the 2-dimensional effect, and express the degradation of principal compressive strut by cyclic strain increment, secant modulus decrement, and modifying the parabolic stress strain relationship. The analysis of the response of RC beams under repeated shear-flexure loading has been carried out and compared with the experimental results. The present theory may efficiently be used to evaluate the deflection and strain accumulation under repeated loadings.
In the design of foundations for the super-structures such as transmission towers and oil-platforms, the foundations must be considered as a medium to resist cyclic tensile forces. In this study, the uplift capacity of the drilled shaft used as the medium resisting to this pattern of forces is investigated by performing cyclic uplift test of a small model-drilled shaft constructed in compacted granite soil in a steel chamber. In this test, the behavioral difference between a pile loaded on the top of the pile and a pile loaded at the bottom of the pile was investigated intensively. The load transfer curves obtained from the test were investigated by changing the confining pressure in the chamber. The load tests also included creep test and cyclic test. It is found from the tests that uplift capacity of the shaft loaded at the bottom is greater than that of the shaft loaded on the top of the pile. It is found also from the creep test that the pile loaded at the bottom was more stable than the shaft loaded on the top. If a pile loaded at the bottom is pre-tensioned, the pile will be most effective to the creep displacement. It is found also from the cyclic tests that apparent secant modulus obtained in a cycle of the load increases with the number of cycles.
Nonlinear soil behavior before failure under dynamic loading is often implemented in a numerical analysis code by a mathematical fitting function model with Masing's rule. However, the model may show different behavior with an experimental results obtained from laboratory test in damping ratio corresponding secant shear modulus for a certain shear strain rage. The difference may come from an unique soil characteristics which is unable to implement by using the existing mathematical fitting model. As of now, several fitting models have been suggested to overcome the difference between model and real soil behavior but consequence of the difference in dynamic analysis is not reviewed yet. In this paper, the effect of the difference on site response was examined through nonlinear response history analysis. The analysis was verified and calibrated with well defined dynamic geotechnical centrifuge test. Site response analyses were performed with three mathematical fitting function models and compared with the centrifuge test results in prototype scale. The errors on peak ground acceleration between analysis and experiment getting increased as increasing the intensity of the input motion. In practical point of view, the analysis results of accuracy with the fitting model is not significant in low to mid input motion intensity.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.35
no.4
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pp.55-66
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1993
Upon freezing a soil swells due to phase change and its compression stress increase a lot. As the soil undergo thawing, however, it becomes a soft soil layer because the 'soil changes from a solid state to a plastic state. These changes are largely dependent on freezing temperature and repeated freezing-thawing cycle as well as the density of the soil and applied loading condition. This study was initiated to describe the effect of the freezing temperature and repeated freezing-thawing cycle on the unconfined compressive strength. Soil samples were collected at about 20 sites where soil structures were installed in Kangwon provincial area and necessary laboratory tests were conducted. The results could be used to help manage effectively the field structures and can be used as a basic data for designing and constructing new projects in the future. The results were as follows ; 1. Unconfined compressive strength decreased as the number of freezing and thawing cycle went up. But the strength increased as compression speed, water content and temperature decreased. The largest effect on the strength was observed at the first freezing and thawing cycle. 2. Compression strain went up with the increase of deformation speed, and was largely influenced by the number of the freezing-thawing cycle. 3. Secant modulus was responded sensitivefy to the material of the loading plates, increased with decrease of temperature down to - -10$^{\circ}$C, but was nearly constant below the temperature. Thixotropic ratio characteristic became large as compression strain got smaller and was significantly larger in the controlled soil than in the soil treated with freezing and thawing processes 4. Vertical compression strength of ice crystal(development direction) was 3 to 4 times larger than that of perpendicular to the crystal. The vertical compression strength was agreed well with Clausius-Clapeyrons equation when temperature were between 0 to 5C$^{\circ}$, but the strength below - 5$^{\circ}$C were different from the equation and showed a strong dependency on temperature and deformation speed. When the skew was less then 20 degrees, the vertical compression strength was gradually decreased but when the skew was higher than that, the strength became nearly constant. Almost all samples showed ductile failure. As considered above, strength reduction of the soil due to cyclic freezing-thawing prosses must be considered when trenching and cutting the soil to construct soil structures if the soil is likely subject to the processes. Especially, if a soil no freezing-thawing history, cares for the strength reduction must be given before any design or construction works begin. It is suggested that special design and construction techniques for the strength reduction be developed.
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