Seismic isolation technology has a wide application to protect bridges from earthquake damage, a new designed bridge pier with seismic isolation are provided for railways in seismic regions of China. The pier with rocking isolation is a self-centering system under small and moderate earthquakes, and the unbonded prestressed tendons are used to prevent overturning under strong earthquakes. A numerical model based on pseudo-static testing results is presented to evaluate the seismic performance of isolation bridge piers, and is validated by the shaking table test. It is found that the rocking response and the loss of prestressing for the bridge pier increase with the increase of earthquake intensity. Besides, the intensity and spectral characteristics of input ground motion have great influence on displacement of the top and bottom of the bridge pier, while have less influence on the bending moment of the pier bottom. Experimental and numerical results show that the rocking-isolated piers presented in this study have good seismic performance, and it provides an alternative way for the railway bridge in the regions with high occurrence of earthquakes. Therefore, we provide the detailed procedures for seismic design of the rocking-isolated bridge pier, and a case study of the seismic isolation design with rocking piers is carried out to popularize the seismic isolation methods.
Wu, Xiangguo;Zhang, Xuesen;Zhang, Qingtan;Zhang, Dong;Yang, Xiaojing;Qiu, Faqiang;Park, Suhyun;Kang, Thomas H.K.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.3
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pp.407-421
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2022
Prefabricated hybrid wind turbine towers (WTTs) are promising due to height increase. This study proposes the use of ultra-high performance concrete (UHPC) to develop a new type of WTT without the need to use reinforcement. It is demonstrated that the UHPC WTT structure without reinforcing bars could achieve performance similar to that of reinforced concrete WTTs. To simplify the design of WTT, a design approach for the calculation of stresses at the horizontal joints of a WTT is proposed. The stress distribution near the region of the horizontal joint of the WTT structure under normal operating conditions and different load actions is studied using the proposed approach, which is validated by the finite element method. A further parametric study shows that the degree of prestressing and the bending moment both significantly affect the principal stress. The shear-to-torsion ratio also shows a significant influence on the principal tensile stress.
Choi, Dong Ho;Lee, Seung Jae;Cho, Yong Woo;Park, Sang Il
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.133-142
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2006
This paper evaluates the moment equations in the 2000 Canadian highway bridge code (CHBDC) for soil-metal box structures, which are applicable to the span less than 8 m. Finite element analyses carried out for soil-metal box structures having spans of 3-12 m using the deep corrugated metal plates under three construction stages; backfill up to the crown, backfill up to the cover depth, and live loading. The coefficients of moment equations are newly proposed based on the results of numerous finite element analyses considering various design variables, such as span length, soil depth, backfill conditions. The validity of the proposed coefficients in the moment equations of the 2000 CHBDC is investigated by the comparison with the existing coefficients and numerical results of finite element analyses. The comparisons show that the moments of the 2000 CHBDC give good predictions for the span less than 8m, but underestimate for the span greater than 8m, whereas the proposed moments give good estimates of numerical results for the spans of 3-12 m. In addition, this study suggests the use of high strength steel to satisfy the requirement of design bending strength for the span greater than 8 m.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.542-552
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2018
In this paper, the precast method of a concrete eco-pillar debris barrier was proposed to improve the construct ability and economic efficiency. The performance was validated by experimental and structural analysis. The steel debris barrier has a high construction cost and causes environmental damage with corrosion. The construction of a concrete eco-pillar debris barrier has been increased recently. On the other hand, there are no design standards regarding debris barriers in Korea, and debris barriers are being designed by the experience and sense of engineers. Therefore, in this study, a method to determine the design external forces was proposed and the design was performed by applying a hollow cross-section to the debris barrier. In addition, three types of connection methods of a concrete cantilever column with the maximum bending moment acts were proposed, and validation of the performance of each type was performed with a real-scale experiment. The experimental results showed that the type with loop reinforcement had the highest rigidity and the type with anchorage performance exceeded the maximum bending moment according to the ultimate load. In the manufacturing procedure of mock-up debris barriers, the type with an anchorage-bar was found to have superior construct ability.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.5
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pp.1935-1946
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2013
In this study, the behavior characteristics of bent pile structures with varying cross-section was examined through the measured results of field load test. A framework for determining the bending stress is calculated based on the stresses in the circumference of the pile using 3D finite element analysis. It is found that the bending stress near the pile-column joint changes rapidly and fracture zones occurs easily at variable cross-sections in bent pile structures. Also, the optimized column-pile diameter ratio was analyzed through the relationship between the column-pile diameter ratio and lateral crack load ratio. Based on this study, the optimized column-pile diameter ratio can be obtained near the inflection point of the curve between the column-pile diameter ratio and lateral crack load ratio. Therefore, a present study by considering the optimized variable cross-section condition would be improved bent pile structures design.
In bridge structures, damage may induce an additional deflection which may naturally contain essential information about the damage. However, inverse mapping from the damage-induced deflection to the actual damage location and severity is generally complex, particularly for statically indeterminate systems. In this paper, a new load concept, called the positive-bending-inspection-load (PBIL) is proposed to construct a simple inverse mapping from the damage-induced deflection to the actual damage location. A PBIL for an inspection region is defined as a load or a system of loads which guarantees the bending moment to be positive in the inspection region. From the theoretical investigations, it was proven that the damage-induced chord-wise deflection (DI-CD) has the maximum value with the abrupt change in its slope at the damage location under a PBIL. Hence, a novel damage localization method is proposed based on the DI-CD under a PBIL. The procedure may be summarized as: (1) identification of the modal flexibility matrices from acceleration measurements, (2) design for a PBIL for an inspection region of interest in a structure, (3) calculation of the chord-wise deflections for the PBIL using the modal flexibility matrices, and (4) damage localization by finding the location with the maximum DI-CD with the abrupt change in its slope within the inspection region. Procedures from (2)-(4) can be repeated for several inspection regions to cover the whole structure complementarily. Numerical verification studies were carried out on a simply supported beam and a three-span continuous beam model. Experimental verification study was also carried out on a two-span continuous beam structure with a steel box-girder. It was found that the proposed method can identify the damage existence and damage location for small damage cases with narrow cuts at the bottom flange.
Kim, Yeong-Bae;Jung, Geunsung;Kim, Do-won;Choi, Han-Sol;Lim, Jae Hyuk
Composites Research
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v.34
no.4
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pp.226-232
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2021
In this paper, development of tape-springs made of composite materials was conducted for the deployment structures along with design, analysis, fabrication, and numerical and experimental investigation of mechanical behavior of the tape-springs. To this end, the tape-springs were manufactured according to three stacking patterns, and numerical and experimental investigation were conducted to determine whether or not they were damaged during bending with various selected composite materials. Finally, optimal stacking patterns that do not cause damage were selected during bending. With this information, the four-point bending test was conducted to obtain the moment-rotation curves. From results, it was confirmed that the nonlinear hysteresis phenomenon of the tape-springs was properly realized according to folding and unfolding. Therefore, it was confirmed that the composite material tape spring was properly developed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.173-178
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2002
Flat plate is susceptible to punching shear failure at the slab-column connection, which may cause catastrophic structural collapse. To prevent such brittle failure, strength and ductility of the connection should be ensured. However, since it is very difficult to experimentally simulate the actual load and boundary conditions of the flat plate system, it is not easy to obtain reliable information and data regarding to the strength and ductility of the flat plate-column edge connection. In the present study, numerical studies were performed for edge connections of continuous flat plate. The results were compared with the existing experiments, and the variations of bending moment, drift, effective width around the connection were investigated. Based on tile findings of the numerical studies, the disadvantages of current design methods were discussed.
Precast deck joints have larger crack width than cast-in-place concrete decks. The initial crack typically occurs at the maximum moment but cracks on precast joints are significant and lead to failure of the deck. The present crack equation is applied to cast-in-place decks, and requires correction to calculate the crack width of precast deck joints. This research aims to study the crack width correction equation of precast decks by performing static tests using high strength and normal strength concrete. Based on experimental results, the bending strength of the structural connections of the current precast deck is satisfied. However it is not suitable to calculate and control the crack width of precast loop connections using the current design equation. A crack width calculation equation is proposed for crack control of precast deck loop joints. Also included in this paper are recommendations to improve the crack control of loop connections.
In this paper, the relation between displacement of piezoelectric material and electric field was proposed. FEA was introduced to predict the displacement and reaction force of plate spring attached in the piezoelectric material. The relation between displacement of piezoelectric material forced by plate spring and applied electric field were further verified by experimental investigation. Also, the flow rate of gas in piezoelectric valve was examined by experiment. Finally, the relation between electric field and gas flow was derived. Based on these results, these relations can be used in the design of mass flow controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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