Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.5
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pp.413-419
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2016
Damage of infrastructures by an earthquake causes the secondary damage through the world at large more than the damage of the structures themselves. Amomg them, underground utility tunnel structures comes under the special life line: communication, gas, electricity and etc. and it has a need to evaluate its fragility to an earthquake exactly. Therefore, the destruction ability according to peak ground acceleration of earthquakes for the underground utility tunnels is evaluated in this paper. As an input ground motion for evaluating seismic fragilities, real earthquakes and artificial seismic waves which could be generated in the Korean peninsula are used. And as a seismic analysis method, response displacement method and time history analyzing method are used. An limit state which determines whether destruction is based on the bending moment and shear deformation. A method used to deduct seismic fragility curve is method of maximum likelihood and the distribution function is assumed to the log normal distribution. It could evaluate the damage of underground utility tunnels to an earthquake and could be applied as basic data for seismic design of underground utility tunnel structures.
Raheem, Shehata E Abdel;Aal, Elsayed M. Abdel;AbdelShafy, Aly G.A.;Fahmy, Mohamed F.M.;Mansour, Mahmoud H
Earthquakes and Structures
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v.18
no.4
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pp.407-421
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2020
In-place analysis for offshore platforms is essentially required to make proper design for new structures and true assessment for existing structures, in addition to the structural integrity of platforms components under the maximum and minimum operating loads when subjected to the environmental conditions. In-place analysis have been executed to check that the structural member with all appurtenance's robustness have the capability to support the applied loads in either storm or operating conditions. A nonlinear finite element analysis is adopted for the platform structure above the seabed and pile-soil interaction to estimate the in-place behavior of a typical fixed offshore platform. The SACS software is utilized to calculate the dynamic characteristics of the platform model and the response of platform joints then the stresses at selected members, as well as their nodal displacements. The directions of environmental loads and water depth variations have significant effects in the results of the in-place analysis behavior. The most of bending moment responses of the piles are in the first fourth of pile penetration depth from pile head level. The axial deformations of piles in all load combinations cases of all piles are inversely proportional with penetration depth. The largest values of axial soil reaction are shown at the pile tips levels (the maximum penetration level). The most of lateral soil reactions resultant are in the first third of pile penetration depth from pile head level and approximately vanished after that penetration. The influence of the soil-structure interaction on the response of the jacket foundation predicts that the flexible foundation model is necessary to estimate the force responses demands of the offshore platform with a piled jacket-support structure well.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.2
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pp.60-67
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2020
Recently, many studies have been conducted on the structural behavior of HPFRCC, but most of the studies focused on the flexural behavior while studies on the shear behavior are limited. In this study, a model has been developed to reasonably predict the shear strength of a HPFRCC beam without stirrups. To develop the model, a HPFRCC beam was simply idealized with upper & lower chords resisting bending moment and a web shear element resisting shear forces. Then, taking into the account of the tensile behavior of HPFRCC, the main diagonal compressive strut angle and shear stress of the web shear element were evaluated on shear failure. Then, the shear strength of the HPFRCC beam could be evaluated. For the verification of the proposed model, the predictions by the proposed model were compared with the test results of 48 HPFRCC beams exhibiting shear failure. The results showed that the proposed model reasonably predicted the actual shear strength with an average of 1.045 and CoV of 0.125. This study are expected to be useful for related researches and design of members or structures to which HPFRCC is applied.
This experimental investigation was conducted to examine the behavior of eight a third scale columns made of high-strength concrete(HSC). The columns were subjected to constant axial load corresponding to target value of 30 percent of the column axial load capacity and a cyclic horizontal load-inducing reversed bending moment. The variables studied in this research are the volumetric ratio of transverse reinforcement(Ps=1.58, 2.25 %), tie configuration(hoop-type, cross-type, diagonal-type) and tie yield strength(fy=5,600, 7,950 kgf/$\textrm{cm}^2$). Test results indicated that the flexural strength of all the columns did not exceed calculated flexural capacities based on the equivalent concrete stress block used in current design code. Columns with 42 percent higher amounts of transverse reinforcement than that required by seismic provisions of ACI 318-99 were shown ductile behavior. With axial load of 30 percent of the axial load capacity, the use of high-strength steel as transverse reinforcement may lead to equal or higher ductility than would be achieved with low-strength steel.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.4
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pp.159-169
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2003
In the ACI Code, the empirical equations governing deep beam design are based on low-strength concrete specimens with $f_{ck}$ in the range of 14 to 40MPa. As high-strength concrete(HSC) is becoming more and more popular, it is timely to evaluate the application of HSC deep beam. For the shear strength prediction of HSC deep beams, this paper proposed Softened Strut-and-Tie Model(SSTM) considered HSC and bending moment effect. The shear strength predictions of the proposed model, the Appendix A Strut-and-Tie Model of ACI 318-02, and Eq. of ACI 318-99 11.8 are compared with the experimental test results of 4 deep beams and the collected experimental data of 74 HSC deep beams, compressive strength in the range of 49~78MPa. The proposed SSTM performance consistently reproduced 74 HSC deep beam measured shear strength with reasonable accuracy for a wide range of concrete strength, shear span-depth ratio, and ratio of horizontal and vertical reinforcement.
Ma, Jin;Zhou, Dai;Han, Zhaolong;Zhang, Kai;Bao, Yan;Dong, Li
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.624-637
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2019
A semi-submersible offshore platform always operates under complex weather conditions, especially wind and waves. It is vital to analyze the structural dynamic responses of the platform in short-term sea states under the combined wind and wave loads, which touches upon three following work. Firstly, a derived relationship between wind and waves reveals a correlation of wind velocity and significant wave height. Then, an Improved Mixture Simulation (IMS) method is proposed to simulate the time series of wind/waves accurately and efficiently. Thus, a wind-wave scatter diagram is expanded from the traditional wave scatter diagram. Finally, the time series of wind/wave pressures on the platform in the short-term sea states are converted by Workbench-AQWA. The numerical results demonstrate that the proposed numerical methods are validated to be applicable for wind and wave simulations in structural analyses. The structural dynamic responses of the platform members increase with the wind and wave strength. In the up-wind and wave state, the stresses on the deck, the connections between deck and columns, and the connection between columns and pontoons are relatively larger under the vertical bending moment. These numerical methods and results are wished to provide some references for structural design and health monitoring of several offshore platforms.
Hyeong-Joo, Kim;James Vincent, Reyes;Peter Rey, Dinoy;Tae-Woong, Park;Hyeong-Soo, Kim;Jun-Young, Kim
Geomechanics and Engineering
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v.31
no.5
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pp.505-518
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2022
This study introduces soil resistance multipliers at locations encompassed by the zone of influence of the helix plate to consider the added lateral resistance provided to the helical pile. The zone of influence of a helix plate is a function of its diameter and serves as a boundary condition for the modified soil resistance springs. The concept is based on implementing p-multipliers as a reduction factor for piles in group action. The application of modified p-y springs in the analysis of helical piles allows for better characterization and understanding of the lateral behavior of helical piles, which will help further the development of design methods. To execute the proposed method, a finite difference program, HPCap (Helical Pile Capacity), was developed by the authors using Matlab. The program computes the deflection, shear force, bending moment, and soil resistance of the helical pile and allows the user to freely input the value of the zone of influence and Ω (a coefficient that affects the value of the p-multiplier). Results from ten full-scale lateral load tests on helical piles embedded at depths of 3.0 m with varying shaft diameters, shaft thicknesses, and helix configurations were analyzed to determine the zone of influence and the magnitude of the p-multipliers. The analysis determined that the value of the p-multipliers is influenced by the ratio between the pile embedment length and the shaft diameter (Dp), the effective helix diameter (Dh-Dp), and the zone of influence. Furthermore, the zone of influence is recommended to be 1.75 times the helix diameter (Dh). Using the numerical analysis method presented in this study, the predicted deflections of the various helical pile cases showed good agreement with the observed field test results.
Rashiddel, Alireza;Hajihassani, Mohsen;Kharghani, Mehdi;Valizadeh, Hadi;Rahmannejad, Reza;Dias, Daniel
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.4
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pp.471-486
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2022
The effect of segmental joints is one of main importance for the segmental lining design when tunnels are excavated by a mechanized process. In this paper, segmental tunnel linings are analyzed by two numerical methods, namely the Beam-Spring Method (BSM) and the Solid-Interface Method (SIM). For this purpose, the Tehran Subway Line 6 Tunnel is considered to be the reference case. Comprehensive 2D numerical simulations are performed considering the soil's calibrated plastic hardening model (PH). Also, an advanced 3D numerical model was used to obtain the stress relaxation value. The SIM numerical model is conducted to calculate the average rotational stiffness of the longitudinal joints considering the joints bending moment distribution and joints openings. Then, based on the BSM, a sensitivity analysis was performed to investigate the influence of the ground rigidity, depth to diameter ratios, slippage between the segment and ground, segment thickness, number of segments and pattern of joints. The findings indicate that when the longitudinal joints are flexible, the soil-segment interaction effect is significant. The joint rotational stiffness effect becomes remarkable with increasing the segment thickness, segment number, and tunnel depth. The pattern of longitudinal joints, in addition to the joint stiffness ratio and number of segments, also depends on the placement of longitudinal joints of the key segment in the tunnel crown (similar to patterns B and B').
Zhen Zhu;Haitao Song;Mingchi Fan;Hao Yu;Chenglong Wu;Chunying Zheng;Haiyang Duan;Lei Wang
Steel and Composite Structures
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v.52
no.4
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pp.405-418
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2024
To study the influence of different reduced beam section (RBS) on the mechanical performance of modular boltedwelded hybrid connection joints (MHCJs), this article uses ABAQUS to establish and verify the finite element model (FEM) of the test specimens on the basis of quasi-static test research. Based on, 14 joint models featuring different RBS are devised to evaluate their influence on seismic behavior, such as joint failure mode, bending moment (M)-rotation angle (θ) curve, ductility, and energy consumption. The results indicate that when the flange and web are individually weakened, they alleviate to some extent the concentrated stress of the core module (CM) and column end steel skeleton in the joint core area, but both increase the stress on the flange connecting plate (FCP). At the same time, the impact of both on seismic performance such as bearing capacity, stiffness, and energy consumption is relatively small. When simultaneously weakening the flange and web of the steel beam, forming plastic hinges at the weakened position of the beam end, significantly alleviated the stress concentration of the CM and the damage at the FCP, improving the overall deformation and energy consumption capacity of joints. But as the weakening size of the web increases, the overall bearing capacity of the joint shows a decreasing trend.
Kim, Bo-Kyung;Lee, Swoo-Heon;Kim, Jin-Wook;Shin, Kyung-Jae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.22
no.1
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pp.67-74
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2010
The cases of collapse of greenhouses in rural areas have been increasing due to the unexpected heavy snow load. Studies on how to prevent the collapse of greenhouses are rare, however, and the damages are repeated annually. This studysuggests two reinforcing methods: the use of ahigh-strength tapered module, and the addition of a pre-tension tie. The high-strength tapered section is installed where the bending moment is maximum. The design of a plastic greenhouse is controlled by its strength rather than its deflection. The shape of a greenhouse resembles that of an arch system, but its actual structural behavior is the frame behavior, because it is non-continually composed of a curved element (a beam) and vertical elements (columns). This system is too weak and slender to resist a vertical load, because an external load is resisted by the moment rather than by axial force. In this study, a new method, the installation of a temporary tie at the junction of the arch and the column only during snow accumulation, is proposed. The tie changes the action of the greenhouse frame to an arch action. The arch action is more effective when the pre-tension force is applied in the tie, which results in a very strong temporary structural system during snowfall. As a result of using this high-strength tapered section, the combined strength ratio of what? decreased from 10% to 30%. In the case of the additional reinforcement with a tie, it was reduced by half.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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