Composite laminated structures supported on elastic foundations are being increasingly used in a great variety of engineering applications. Composites exhibit larger dispersion in their material properties compared to the conventional materials due to large number of parameters associated with their manufacturing and fabrication processes. And also the dispersion in elastic foundation stiffness parameter is inherent due to inaccurate modeling and determination of elastic foundation properties in practice. For a better modeling of the material properties and foundation, these are treated as random variables. This paper deals with effects of randomness in material properties and foundation stiffness parameters on the free vibration response of laminated composite plate resting on an elastic foundation. A $C^0$ finite element method has been used for arriving at an eigen value problem. Higher order shear deformation theory has been used to model the displacement field. A mean centered first order perturbation technique has been employed to handle randomness in system properties for obtaining the stochastic characteristic of frequency response. It is observed that small amount of variations in random material properties and foundation stiffness parameters significantly affect the free vibration response of the laminated composite plate. The results have been compared with those available in the literature and an independent Monte Carlo simulation.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.11
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pp.5300-5305
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2011
Displacement, contact pressure and moment which are developed in rigid beam on the Winkler foundation and 2 parameter Winkler foundation were derived. It can be seen that moment distribution along with rigid beam on the Winkler foundation are regardless of spring constant and the moments calculated from assuming linear spring constant were greater than those from assuming constant spring constant. Simple calculation revealed that the maximum moment developed in the rigid beam on the 2 parameter Winkler foundation was larger than that developed in the rigid beam on the Winkler foundation.
Reinforcement with geotextiles have been used in the foundation soil to enhance the resistance of embankments to avoid failure through excessive deformation or shear in the foundation. It is improtant to know the amount of the strain and the displacement of buried geotextiles for the verification of the reinforcement behaviour. Full scale trial constructions were performed to check the deformational characteristics of the polyester(PET) mat which was used for the embankment reinforcement. Many instrumentation equipments including surface settlement plates, profile gauges and inclinometer casings were installed to observe the behaviour of the soft ground due to the soil embankment. 60 electrical resistance strain gauges and 9 vibrating wire LVDTs were installed 세 measure the deformation of the polyester mat. Results of various tests and geotextile, waterproofing and protection from the hazard environments were introduced. The proposed instrumentation method was effective for the monitoring or the geotextile behaviour. The direct attachment of electrical resistance strain gauges on the gertextile mat was able to measure small changes of the strain of geotextiles. At the end of the 5 month monitoring, 54 of 60 (93%) strain gauges and 7 of 9 (78%) displacement transducers survived all perils of the compaction impacts and the humidity. And the tensile strain of grotextiles increased as the ground displacement became larger. Though the observed strain of mats under the 3m high embankment load was less than 1%, the magnitudes of the strain according to the mat spreading method were different from each other.
Steel laminated elastomeric bearings are commonly used in bridge structures to control displacements and rotations and transfer forces from the superstructure to the substructure. Proper knowledge of design, fabrication and erection procedures is important to ensure stability and adequate structural performance during the lifetime of the bridge. Difference in elevations sometimes leads to large size gaps between the bearing and the girder which makes the grout thickness that is commonly used for leveling deviate beyond standards. This paper investigates the structural response of High Strength Fiber Reinforced Cementitious (HSFRC) thin plinths that are used to close gaps between bearing pads and precast girders. An experimental program was developed for this purpose where HSFRC plinths of different size were cast and tested under vertical loads that simulate bridge loading in service. The structural performance of the plinths was closely monitored during testing, mainly crack propagation, vertical reaction and displacement. Analytically, the HSFRC plinth was analyzed using the beam on elastic foundation theory as the supporting elastomeric bearing pads are highly compressible. Closed form solutions were derived for induced displacement and forces and comparisons were made between analytical and experimental results. Finally, recommendations were made to facilitate the practical use of HSFRC plinths in bridge construction based on its enhanced load carrying capacity in shear and flexure.
The study deals with physical modeling of a typical three storeyed building frame supported by a pile group of four piles ($2{\times}2$) embedded in cohesive soil mass using three dimensional finite element analysis. For the purpose of modeling, the elements such as beams, slabs and columns, of the superstructure frame; and that of the pile foundation such as pile and pile cap are descretized using twenty noded isoparametric continuum elements. The interface between the pile and the soil is idealized using sixteen node isoparametric surface element. The soil elements are modeled using eight nodes, nine nodes and twelve node continuum elements. The present study considers the linear elastic behaviour of the elements of superstructure and substructure (i.e., foundation). The soil is assumed to behave non-linear. The parametric study is carried out for studying the effect of soil- structure interaction on response of the frame on the premise of sub-structure approach. The frame is analyzed initially without considering the effect of the foundation (non-interaction analysis) and then, the pile foundation is evaluated independently to obtain the equivalent stiffness; and these values are used in the interaction analysis. The spacing between the piles in a group is varied to evaluate its effect on the interactive behaviour of frame in the context of two embedment depth ratios. The response of the frame included the horizontal displacement at the level of each storey, shear force in beams, axial force in columns along with the bending moments in beams and columns. The effect of the soil- structure interaction is observed to be significant for the configuration of the pile groups and in the context of non-linear behaviour of soil.
Piled raft foundation has become widely used in the recent years because it can increase bearing capacity of foundation with control settlement. The design for a piled raft in terms vertical load and lateral load need to understands contribution load behavior to raft and pile in piled raft foundation system. The load-bearing behavior of the piled raft, especially concerning lateral loads, is highly complex and challenge to analyze. The complex mechanism of piled rafts can be clarified by using three dimensional (3-D) Finite Element Method (FEM). Therefore, this paper focuses on free-standing head pile group, on-ground piled raft, and embedded raft for the piled raft foundation systems. The lateral resistant of piled raft foundation was investigated in terms of relationship between vertical load, lateral load and displacement, as well as the lateral load sharing of the raft. The results show that both vertical load and raft position significantly impact the lateral load capacity of the piled raft, especially when the vertical load increases and the raft embeds into the soil. On the same condition of vertical settlement and lateral displacement, piled raft experiences a substantial demonstrates a higher capacity for lateral load sharing compared to the on-ground raft. Ultimately, regarding design considerations, the piled raft can reliably support lateral loads while exhibiting behavior within the elastic range, in which it is safe to use.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.40
no.4
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pp.109-119
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1998
Recently pipe-framed greenhouses are widely constructed on domestic farm area. These greenhouses are extremely light-weighted structures and so are easily damaged under strong wind due to the lack of uplift resistance of foundation piles. This experiment was carried out by laboratory soil tank to investigate the displacement be haviors of cylindrical pile foundations according to the uplift loads. Tested soils were sampled from two different greenhouse areas. The treatment for each soil type are consisted of 3 different soil moisture conditions, 2 different soil depths, and 3 different soil compaction ratios. Each test was designed to be repeated 2 times and additional tests were carried out when needed. The results are summarized as follows : 1. When the soil moisture content are low and/or pile foundations are buried relatively shallow, ultimate uplift capacity of foundation soil was generated just after begining of uplift displacement. But under the high moisture conditions and/or deeply buried depth, ultimate up-lift capacity of foundation soil was generated before the begining of uplift displacement. 2. For the case of soil S$_1$, the ultimate uplift capacity of piles depending on moisture contents was found to be highest in optimum moisture condition and in the order of air dryed and saturated moisture contents. But for the case of soil S$_2$, the ultimate uplift capacity was found to be highest in optimum moisture condition and in the order of saturated and air dryed moisture contents. 3. Ultimate uplift capacities are varied depending on the pile foundation soil moisture conditions. Under the conditions of optimum soil moisture contents with 60cm soil depth, the ultimate uplift capacity of pile foundation in compaction ratio of 80%, 85%, and 90% for soil 51 are 76kg, 115kg, and 155kg, respectively, and for soil S$_2$are 36kg, 60kg, and 92kg, respectively. But considering that typical greenhouse uplift failure be occurred under saturnted soil moisture content which prevails during high wind storm accompanying heavy rain, pile foundation is required to be designed under the soil condition of saturated moisture content. 4. Approximated safe wind velosities estimated for soil sample S$_1$and S$_2$are 32.92m/s and 26.58m/s respectively under the optimum soil condition of 90% compaction ratio and optimum moisture content. But considering the uplift failure pattern under saturated moisture contents which are typical situations of high wind accompanying heavy rain, the safe wind velosities for soil sample S$_1$and S$_2$are not any higher than 20.33m/s and 22.69m/s respectively.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.2
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pp.23-31
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2008
Dynamic earth pressure acting on geotechnical structures can be driving force or resisting force for the displacement of the structure according to the phase relation between the dynamic earth pressure and inertia force of structures. In this research, the evaluation procedure of the phase relation between the dynamic earth pressure and the inertia force was proposed. According to the procedure, numerical analyses on caisson foundation of bridges were performed and the phase relation was analyzed. The analysis results showed that the dynamic earth pressure becomes the driving force, which increases the displacement of the structure, if the displacement amplitude of ground is larger than that of structure due to the low stiffness of the ground, and the dynamic earth pressure becomes the resisting force against the displacement of the structure if the displacement amplitude of ground is smaller than that of structure due to the high stiffness of the ground.
Kim, Dongwook;Lee, Juhyung;Nsabimana, Ernest;Jung, Young-Hoon
Ocean Systems Engineering
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v.2
no.3
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pp.205-215
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2012
Recently, interest of offshore structure construction in South Korea is growing as the land space becomes limited for further development and the renewable energy grows to be more attractive for the replacement of the fossil energy. In order for the optimal construction of optimum offshore floating structures, development of safe and economical offshore foundation technologies is a priority. In this study, the large-deformation behavior of a suction pile, which markets are rapidly growing nowadays, is analyzed for three different loading locations (top, middle, and bottom of the suction pile) with three different displacement inclinations (displacement controlled with displacement inclinations of 0, 10, and 20 degrees from the horizontal). The behavior analysis includes quantifications of maximum resistances, translations, and rotation angles of the suction pile. The suction pile with its diameter of 10 m and height of 25 m is assumed to be embedded in clay, sand, and multi layers of subsea foundation. The soil properties of the clay, sand, and multi layers were determined based on the results of the site investigations performed in the West sea of South Korea. As analyses results, the maximum resistance was observed at the middle of the suction pile with the displacement inclination of 20 degrees, while the translations and rotations resulting from the horizontal and inclined pullouts were not significant until the horizontal components of movements at the loading points reach 1.0 m.
The effect of soil-structure interaction on a simple single storeyed and two bay space frame resting on a pile group embedded in the cohesive soil (clay) with flexible cap is examined in this paper. For this purpose, a more rational approach is resorted to using the three dimensional finite element analysis with realistic assumptions. The members of the superstructure and substructure are descretized using 20 node isoparametric continuum elements while the interface between the soil and pile is modeled using 16 node isoparametric interface elements. Owing to viability in terms of computational resources and memory requirement, the approach of uncoupled analysis is generally preferred to coupled analysis of the system. However, an interactive analysis of the system is presented in this paper where the building frame and pile foundation are considered as a single compatible unit. This study is focused on the interaction between the pile cap and underlying soil. In the parametric study conducted using the coupled analysis, the effect of pile spacing in a pile group and configuration of the pile group is evaluated on the response of superstructure. The responses of the superstructure considered include the displacement at top of the frame and moments in the superstructure columns. The effect of soil-structure interaction is found to be quite significant for the type of foundation used in the study. The percentage variation in the values of displacement obtained using the coupled and uncoupled analysis is found in the range of 4-17 and that for the moment in the range of 3-10. A reasonable agreement is observed in the results obtained using either approach.
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