Failure modes result in fracture or tearing, which may cause deterioration of resistance and reduction of inelastic deformation capacity. The potential failure modes for Special Concentrically Braced Frames (SCBFs) include fracture or tearing of the brace, net section fracture of the brace or gusset plate, fracture of the gusset plate welds, shear fracture of the bolts, block shear, excessive bolt bearing deformation, and buckling of the gusset plate. HSS tubular braces are commonly used in SCBFs, and net section fracture of the tubular brace may also occur through the brace net section at the end of the slot cut into the tube to slip over the gusset plate. This failure mode is categorized as a tension failure mode, and may cause dramatic loss of resistance and brittle behavior. Net section reinforcement is required according to AISC design specifications (AISC 2001). In this paper, the need to reinforce the net section area was discussed. Initially, the results of the net section fracture tests done by the University of California in Berkeley were presented with the modeling of these tests using FE models. To investigate the possibility of net section fracture in an actual frame, the slot end hole model was adapted to the frame FE model, and alternate near-fault histories were applied with tension-dominated cycles, since previous analyses showed that loading history was the most critical factor in net section fracture. The need for this reinforcement (cover plate) and the tension-dominated near-fault history were investigated.
Park, Jeongseon;Park, Duhee;Jee, Sunghyun;Kim, Dongjoon
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.16
no.9
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pp.33-41
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2015
The vertical bearing capacity of a bucket foundation installed in sand can be calculated as sum of the skin friction and end bearing capacity. However, the current design equations are not considering the non-associated flow characteristics of sand and the reduction in the skin friction and increase in the end bearing capacity when the vertical load is applied. In this study, we perform two-dimensional axisymmetric finite element analyses following non-associated flow rule and calculate the vertical bearing capacity of circular bucket foundation of various sizes installed in sand of different friction angles. After calculating the skin friction and end bearing force at the ultimate state, design equations are derived for each. The skin friction of bucket foundation is shown significantly small compared to the end bearing capacity. Considering the difference with the available design equation for piles, it is recommended that the equation for piles is used for the bucket foundation. A new shape-depth factor ($s_q{\cdot}d_q$) for bucket foundation is recommended which also accounts for the increment of the end bearing capacity due to skin friction. Additionally, the shape and depth factor of embedded foundation proposed from the associated flow rule can overestimate the bearing capacity in sand, so it is more adequate to use the shape-depth factor proposed in this study.
Kim, Sang-Woo;Jeong, Chan-Yu;Jung, Chang-Kyo;Kim, Kil-Hee
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.2
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pp.157-164
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2012
This study evaluates the shear performance of reinforced concrete beams with recycled coarse aggregates. A total of six specimens with various replacement ratios of recycled coarse aggregates (0%, 50%, and 100%) and different amount of shear reinforcement were cast and tested in this study. A finite element analysis was performed to predict the shear behavior of the specimens with natural or recycled coarse aggregates. The FE analysis was performed using a two-dimensional nonlinear FE analysis program based on the disturbed stress field model (DSFM), which is an extension of the modified compression field theory (MCFT). Experimental results showed that the specimens with 50% and 100% replacement ratios of recycled coarse aggregates had the similar shear strength compared to the specimen with natural aggregates, regardless of the replacement ratios of recycled coarse aggregates and the amount of the shear reinforcement. Furthermore, the comparison between experimental and analytical results showed that the proposed numerical modeling methods and the analytical model, DSFM, can be successfully used to predict the shear behavior of reinforced concrete beams with recycled coarse aggregates.
Recently, several researches on the development of new economical foundation types have been performed to support floating structures as many offshore structures have been constructed. This study focused on the evaluation of bearing capacity of group suction piles, which are connected by a concrete pile cap. The offshore floating structures are mainly subjected to horizontal loading, so the horizontal bearing capacities of the group suction piles were analyzed by performing 3-dimensional finite element analyses. The group suction piles are expected to behave as a rigid pile due to its shallow embedded depth. Therefore, the detailed soil modeling was necessary to simulate the bearing behavior of soils under low confining pressure. The modulus and the strength of soils were modelled to increase with effective confining pressure in soils. For the parametric study, the center-to-center spacing between piles was varied and two soil types of clay and sands were applied. The analyses results showed that the yielding load of the group pile increased with the increase of the pile spacing and the yielding load of the group piles with 5D spacing was about 3 times larger than that of the single pile with free rotation.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.4
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pp.329-334
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2017
The structures, which are made up with the huge number of degrees-of-freedom and the assembly of substructures, have a great complexity. In order to increase the computational efficiency, the analysis models have to be simplified. Many substructuring techniques have been developed to simplify large-scale engineering problems. The techniques are very powerful for solving nonlinear problems which require many iterative calculations. In this paper, a modal derivatives-based model order reduction method, which is able to capture the stretching-bending coupling behavior in geometrically nonlinear systems, is adopted and investigated for its performance evaluation. The quadratic terms in nonlinear beam theory, such as Green-Lagrange strains, can be explained by the modal derivatives. They can be obtained by taking the modal directional derivatives of eigenmodes and form the second order terms of modal reduction basis. The method proposed is then applied to a co-rotational finite element formulation that is well-suited for geometrically nonlinear problems. Numerical results reveal that the end-shortening effect is very important, in which a conventional modal reduction method does not work unless the full model is used. It is demonstrated that the modal derivative approach yields the best compromised result and is very promising for substructuring large-scale geometrically nonlinear problems.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.2
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pp.443-453
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2013
The hybrid test is one of the most advanced test methods to predict the structural dynamic behavior with the interaction between a physical substructure and a numerical modeling in the hybrid control system. The purpose of this study is to perform the multi-directional dynamic test of a steel frame structure with the real-time hybrid system and to evaluate the validation of the results. In this study, FEAPH, nonlinear finite element analysis program for hybrid only, was developed and the hybrid control system was optimized. The inefficient computational time was improved with a fixed number iteration method and parallel computational techniques used in FEAPH. Furthermore, the previously used data communication method and the interface between a substructure and an analysis program were simplified in the control system. As the results, the total processing time in real-time hybrid test was shortened up to 10 times of actual measured seismic period. In order to verify the accuracy and validation of the hybrid system, the linear and nonlinear dynamic tests with a steel framed structure were carried out so that the trend of displacement responses was almost in accord with the numerical results. However, the maximum displacement responses had somewhat differences due to the analysis errors in material nonlinearities and the occurrence of permanent displacements. Therefore, if the proper material model and numerical algorithms are developed, the real-time hybrid system could be used to evaluate the structural dynamic behavior and would be an effective testing method as a substitute for a shaking table test.
Huh, Jae Sung;Kang, Young Seok;Rhee, Dong Ho;Seo, Do Young
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1145-1151
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2015
High pressure components of a gas turbine engine must operate for a long life under severe conditions in order to maximize the performance and minimize the maintenance cost. Enhanced cooling design, thermal barrier coating techniques, and nickel-base superalloys have been applied for overcoming them and furthermore, material modeling, finite element analysis, statistical techniques, and etc. in design stage have been utilized widely. This article aims to evaluate the effects on the low cycle fatigue life of the high pressure turbine nozzle caused by different turbine inlet temperature profiles and installation conditions and to investigate the most favorable operating condition to the turbine nozzle. To achieve it, the structural analysis, which utilized the results of conjugate heat transfer analysis as loading boundary conditions, was performed and its results were the input for the assessment of low cycle fatigue life at several critical zones.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.81-94
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2010
This paper deals with the fracture simulation of UHPFRC girder with the interface type model. Based on the existing numerical simulation of quasi-brittle fracture in normal strength concrete, constitutive modeling for UHPFRC I-girder has been improved by including a tensile hardening at the failure surface. The finite element formulation is based on a triangular unit, constructed from constant strain triangles, with nodes along its sides and neither at the vertex nor the center of the unit. Fracture is simulated through a hardening/softening fracture constitutive law in tension, a softening fracture constitutive law in shear as well as in compression at the boundary nodes, with the material within the triangular unit remaining linear elastic. LCP is used to formulate the path-dependent hardening-softening behavior in non-holonomic rate form and a mathematical programming algorithm is employed to solve the LCP. The piece-wise linear inelastic yielding-failure/failure surface is modeled with two compressive caps, two Mohr-Coulomb failure surfaces, a tensile yielding surface and a tensile failure surface. The comparison between test results and numerical results indicates this method effectively simulates the deformation and failure of specimen.
Yi Myeong-Jong;Kim Jung-Ho;Chung Seung-Hwan;Suh Jung Hee
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.5
no.4
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pp.236-249
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2002
We have extended the three-dimensional (3-D) resistivity imaging algorithm to cover the 3-D resistivity tomography problem, where resistivity data are acquired using electrodes installed in several boreholes as well as at the earth surface. The imaging algorithm consists of the 3-D finite element forward modeling and least-squares inversion scheme, where the ACB (Active Constraint Balancing) is adopted to enhance the resolving power of the inversion. Sensitivity analysis with numerical verifications shows that 3-D resistivity tomography is a very appealing method and can be used to get 3-D attitude of subsurface structures with very high-resolution. Moreover, we could accurately handle the topography effect, which could cause artifacts in the resistivity tomography. In the application of 3-D resistivity tomography to the real field data set acquired at the quarry mine, we could derive a very reasonable and accurate image of the subsurface.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.11
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pp.230-236
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2018
Earthquakes over 5.0 on the Richter scale have recently occurred in Korea, which has led to interest in the seismic safety of structures. If a water storage facility is damaged by an earthquake, the water could leak, and the insufficient water would make fire suppression difficult. Therefore, a water storage facility should satisfy safety requirements for earthquakes. In this study, the seismic performance of a water tank was improved by installing a lead rubber bearing between the foundation and the tank. It designed the lead rubber bearing available to the existed concrete foundation. ANSYS was used for modeling to consider the interaction between the fluid and structure of the tank and the hydrostatic and hydrodynamic pressure using four seismic waves. In the case of hydrostatic pressure at 2.5 water level, full level, the same stress appeared irrespective of whether the seismic isolation was installed. When hydrostatic pressure and hydrodynamic pressures are applied at the same time, the seismic-isolated water tank showed less seismic force, and the damping ratio was lower than that of general seismic isolation. This occurred because the weight of the water tank is much smaller than the stiffness of the seismic isolation. The result is expected to be used for further research on seismic capacity evaluation for water tanks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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