A novel precast concrete-encased steel composite beam, which can be abbreviated as PCES beam, is introduced in this paper. In order to investigate the shear behavior of this PCES beam, a test of eight full-scale PCES beam specimens was carried out, in which the specimens were subjected to positive bending moment or negative bending moment, respectively. The factors which affected the shear behavior, such as the shear span-to-depth aspect ratio and the existence of concrete flange, were taken into account. During the test, the load-deflection curves of the test specimens were recorded, while the crack propagation patterns together with the failure patterns were observed as well. From the test results, it could be concluded that the tested PCES beams could all exhibit ductile shear behavior, and the innovative shear connectors between the precast concrete and cast-in-place concrete, namely the precast concrete transverse diaphragms, were verified to be effective. Then, based on the shear deformation compatibility, a theoretical model for predicting the shear capacity of the proposed PCES beams was put forward and verified to be valid with the good agreement of the shear capacities calculated using the proposed method and those from the experiments. Finally, in order to facilitate the preliminary design in practical applications, a simplified calculation method for predicting the shear capacity of the proposed PCES beams was also put forward and validated using available test results.
Kim, Mun-Sung;Park, Jong-Jin;Kim, Byung-Woo;Eom, Jae-Kwang
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.1
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pp.95-104
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2011
As sea state harsher in the ocean space, more large motion and wave loads occurs on ships hull by non-linear phenomena. To consider nonlinear effect on ships hull in the structural design verification, the direct calculation method with numerical approach is used rather than rule values for the reliable accuracy. In this paper, the non-linear wave loads analysis in time domain is performed by using a Rankine Panel Method together with numerical schemes. Linear calculations have been carried out based on DNV CSA-2 notation to generate the motion responses and wave loads of large ships. By short and long term analysis, the design wave amplitudes are selected for the nonlinear analysis. The maximum wave induced bending moment in hogging and sagging conditions are calculated in the nonlinear analysis. Also, the green water effect on the wave induced vertical bending moment was investigated. The results show the vertical bending moments are more influenced by green water in sagging condition than in hogging condition due to green water loading.
Luevanos-Rojas, Arnulfo;Barquero-Cabrero, Jose Daniel;Lopez-Chavarria, Sandra;Medina-Elizondo, Manuel
Coupled systems mechanics
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v.6
no.4
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pp.417-437
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2017
This paper shows a comparative study for design of reinforced concrete boundary combined footings of trapezoidal and rectangular forms supporting two columns and each column transmits an axial load and a moment around of the axis X (transverse axis of the footing) and other moment around of the axis Y (longitudinal axis of the footing) to foundation to obtain the most economical combined footing. The real soil pressure acting on the contact surface of the footings is assumed as a linear variation. Methodology used to obtain the dimensions of the footings for the two models consider that the axis X of the footing is located in the same position of the resultant, i.e., the dimensions is obtained from the position of the resultant. The main part of this research is to present the differences between the two models. Results show that the trapezoidal combined footing is more economical compared to the rectangular combined footing. Therefore, the new model for the design of trapezoidal combined footings should be used, and complies with real conditions.
In this paper, a diaphragm wall that supports soils and rock was modeled using FLAC, a finite difference analysis program, to evaluate the seismic behavior of temporary retaining structures in a deep excavation. The appropriateness of the numerical model was verified by comparing its results with those of the centrifuge test performed in a similar condition. The bending moment distribution along the diaphragm wall shows a very similar tendency, and the maximum acceleration obtained at the backfill and top of the wall shows a difference within 5%. Based on the developed model, a parametric study was conducted in various input earthquake, ground, and excavation conditions. The maximum structural forces and bending moment under earthquake loading were compared with the maximum values during excavation, from which the critical condition that requires a seismic design was roughly sorted out. The maximum bending moment of a wall that retains soil layers increased 17%. Particularly, the axial force of struts located in loose soils increased 32% under 100 years return period of an earthquake event, which strongly is estimated to require seismic design for structural safety.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.2
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pp.214-221
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2001
This paper describes the design of 3-component force/moment sensor with the force and moment ratio of wide range. It can measure the x-direction force Fx, y-direction force Fy and z-direction moment Mz simultaneously. In order to accurately measure forces and moment using 3-component force/moment sensor, it should get suitable force and moment ratio(the ratio of force Fx=200 N and moment Mz=20 Nm is ten to one), and small interference error. In this paper, in order to design the 3-component force/moment sensor with the force and moment ratio of wide range, the procedures are performed as follow : 1) the derivation of the equations to predict the bending strains on the surfaces of the plate-beams under the force or the moments, 2) the determination of the size of the sensing elements of the force/moment sensor by using the derived equations, 3) the Finite Element Method(FEM) analysis and the characteristic test for confirming the strains from the theory analysis, 4) the selection of the attachment locations of the strain gages of each sensor, 5) the analysis of the rated strain and the interference error at the attachment location of strain gages. It reveals that the rated strains calculated from the derived equations make a good agreement with the results from the Finite Element Method analysis and the characteristic test.
This paper presents the design of reinforced concrete combined footings of trapezoidal form subjected to axial load and moments in two directions to each column using a new model to consider soil real pressure acting on the contact surface of the footing; such pressure is presented in terms of an axial load, moment around the axis "X" and moment around the axis "Y" to each column. The classical model considers an axial load and moment around the axis "X" (transverse axis) applied to each column, and when the moments in two directions are taken into account, the maximum pressure throughout the contact surface of the footing is considered the same. The main part of this research is that the proposed model considers soil real pressure and the classical model takes into account the maximum pressure, and also is considered uniform. We conclude that the proposed model is more suited to the real conditions and is more economical.
Pure bending loading conditions are not frequently occurred in practical engineering, but the flexural researches are important since it's the basis of mechanical property researches under complex loading. Hence, the objective of this paper is to investigate the flexural behavior of concrete-filled rectangular steel tube (CFRT) through combined experimental and numerical studies. Flexural tests were conducted to investigate the mechanical performance of CFRT under bending. The load vs. deflection curves during the loading process was analyzed in detail. All the specimens behaved in a very ductile manner. Besides, based on the experimental result, the composite action between the steel tube and core concrete was studies and examined. Furthermore, the feasibility and accuracy of the numerical method was verified by comparing the computed results with experimental observations. The full curves analysis on the moment vs. curvature curves was further conducted, where the development of the stress and strain redistribution in the steel tube and core concrete was clarified comprehensively. It should be noted that there existed bond slip between the core concrete and steel tube during the loading process. And then, an extensive parametric study, including the steel strength, concrete strength, steel ratio and aspect ratio, was performed. Finally, design formula to calculate the ultimate moment and flexural stiffness of CFRTs were presented. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental and FE results. Additionally, the difference between the experimental/FE and predicted results using the related design codes were illustrated.
Pile foundation is a typical form of bridge foundation and viaduct, and large-diameter rock-socketed piles are typically adopted in bridges with long span or high piers. To investigate the effect of a mountain slope with a deep overburden layer on the bearing characteristics of large-diameter rock-socketed piles, four centrifuge model tests of single piles on different slopes (0°, 15°, 30° and 45°) were carried out to investigate the effect of slope on the bearing characteristics of piles. In addition, three pile group tests with different slope (0°, 30° and 45°) were also performed to explore the effect of slope on the bearing characteristics of the pile group. The results of the single pile tests indicate that the slope with a deep overburden layer not only accelerates the drag force of the pile with the increasing slope, but also causes the bending moment to move down owing to the increase in the unsymmetrical pressure around the pile. As the slope increases from 0° to 45°, the drag force of the pile is significantly enlarged and the axial force of the pile reduces to beyond 12%. The position of the maximum bending moment of the pile shifts downward, while the magnitude becomes larger. Meanwhile, the slope results in the reduction in the shaft resistance of the pile, and the maximum value at the front side of the pile is 3.98% less than at its rear side at a 45° slope. The load-sharing ratio of the tip resistance of the pile is increased from 5.49% to 12.02%. The results of the pile group tests show that the increase in the slope enhances the uneven distribution of the pile top reaction and yields a larger bending moment and different settlements on the pile cap, which might cause safety issues to bridge structures.
Luevanos-Rojas, Arnulfo;Lopez-Chavarria, Sandra;Medina-Elizondo, Manuel
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.1
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pp.61-69
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2018
The first part shows the optimal contact surface for T-shaped combined footings to obtain the most economical dimensioning on the soil (optimal area). This paper presents the second part of a new model for T-shaped combined footings, this part shows a the mathematical model for design of such foundations subject to axial load and moments in two directions to each column considering the soil real pressure acting on the contact surface of the footing with one or two property lines restricted, the pressure is presented in terms of an axial load, moment around the axis "X" and moment around the axis "Y" to each column, and the methodology is developed using the principle that the derived of the moment is the shear force. The classic model considers an axial load and a moment around the axis "X" (transverse axis) applied to each column, i.e., the resultant force from the applied loads is located on the axis "Y" (longitudinal axis), and its position must match with the geometric center of the footing, and when the axial load and moments in two directions are presented, the maximum pressure and uniform applied throughout the contact surface of the footing is considered the same. To illustrate the validity of the new model, a numerical example is presented to obtain the design for T-shaped combined footings subjected to an axial load and moments in two directions applied to each column. The mathematical approach suggested in this paper produces results that have a tangible accuracy for all problems.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.6
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pp.216-222
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1996
This paper presents a computational technique to predict roof crush resistance in early design stage of passenger car development. This technique use a simple F.E. model with nonlinear spring elements which represent plastic hinge behavior at weak areas. By assuming actual sections as equivalent simple sections, maximum bending moments which weak areas in major members can stand are theoretically calculated. Results from prediction of roof crush resistance are correlated well with test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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