Saravanan, M.;Arul Jayachandran, S.;Marimuthu, V.;Prabha, P.
Steel and Composite Structures
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제9권4호
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pp.381-395
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2009
This paper presents the details of an advanced Finite Element (FE) analysis of a plane steel portal frame with semi-rigid beam-to-column connections subjected cyclic loading. In spite of several component models on cyclic behaviour of connections presented in the literature, works on numerical investigations on cyclic behaviour of full scale frames are rather scarce. This paper presents the evolution of an FE model which deals comprehensively with the issues related to cyclic behaviour of full scale steel frames using ABAQUS software. In the material modeling, combined kinematic/isotropic hardening model and isotropic hardening model along with Von Mises criteria are used. Connection non-linearity is also considered in the analysis. The bolt slip which happens in friction grip connection is modeled. The bolt load variation during loading, which is a pivotal issue in reality, has been taken care in the present model. This aspect, according to the knowledge of the authors, has been first time reported in the literature. The numerically predicted results using the methodology evolved in the present study, for the cyclic behaviour of a cantilever beam and a rigid frame, are validated with experimental results available in the literature. The moment-rotation and deflection responses of the evolved model, match well with experimental results. This proves that the methodology for evolving the steel frame and connection model presented in this paper is closer to real frame behaviour as evident from the good comparison and hence paves the way for further parametric studies on cyclic behaviour of flexibly connected frames.
본 연구는 반복 횡하중을 받는 철근콘크리트 골조의 비탄성 거동 및 연성능력을 파악하고 합리적이면서 경제적인 내진설계기준의 개발을 위한 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였다. 횡방향 구속철근으로 인한 강도의 증가 효과를 고려하였다. 두께가 서로 다른 부재간의 접합부에서 단면강성이 급변하기 때문에 생기는 국소적인 불연속변형을 고려하기 위한 경계면요소를 도입하였다. 또한, 같은 변위진폭에 있어서의 하중재하 회수에 의한 효과를 고려하였다. 본 연구에서는 반복 횡하중을 받는 철근콘크리트 골조의 비탄성 거동 및 연성능력의 파악을 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.
In this study, analysis of creep-fatigue behavior of low alloy steel weld was performed. An interface was employed along the crack plane to simulate the interface between base metal and weld metal. A trapezoidal waveshapes was loaded cyclically and analysis result was compared with that of monotonic load. The material was assumed as elastic-plastic-secondary creeping material. Because the isotropic hardening plasticity model used in the last study cannot simulate the behavior of material under cyclic load, the linear kinematic hardening plasticity model was used. The behavior of strain field and $C_{t}$ parameter was obtained.d.
Results of an experimental program are presented in this paper for the influence of vertical load on the in-plane behavior of masonry infilled steel frames. Five half-scaled single-story, single-bay steel frame specimens were tested under cyclic lateral loading. The specimens included four infilled frames and one bare frame. Two similar specimens as well as the bare frame had moment-resisting steel frames, while the remaining two specimens had pinned steel frames. For each frame type, one specimen was tested under simultaneous vertical and lateral loading, whereas the other was subjected only to lateral loading. The experimental results show that the vertical load changes the cracking patterns and failure modes of the infill panels. It improves dissipated hysteresis energy and equivalent viscous damping. Global responses of specimens, including stiffness and maximum strength, do no change by vertical loading considerably. Regarding the ductility, the presence of vertical load is ignorable in the specimen with moment-resisting frame. However, it increases the ductility of the infilled pinned frame specimen, leading to an enhancement in the m-factor by at least 2.5 times. In summary, it is concluded that the influence of the vertical load on the lateral response of infilled frames can be conservatively ignored.
Composite steel plate deep beam (CDB) is proposed as a lateral resisting member, which is constructed by steel plate and reinforced concrete (RC) panel, and it is connected with building frame through high-strength bolts. To investigate the seismic performance of the CDB, tests of two 1/3 scaled specimens with different length-to-height ratio were carried out under cyclic loads. The failure modes, load-carrying capacity, hysteretic behavior, ductility and energy dissipation were obtained and analyzed. In addition, the nonlinear finite element (FE) models of the specimens were established and verified by the test results. Besides, parametric analyses were performed to study the effect of length-to-height ratio, height-to-thickness ratio, material type and arrangement of RC panel. The experimental and numerical results showed that: the CDBs lost their load-carrying capacity because of the large out-of plane deformation and yield of the tension field formed on the steel plate. By increasing the length-to-height ratio of steel plate, the load-carrying capacity, elastic stiffness, ductility and energy dissipation capacity of the specimens were significantly enhanced. The ultimate loading capacity increased with increasing the length-to-height ratio of steel plate and yield strength of steel plate; and such capacity increased with decreasing of height-to-thickness ratio of steel plate and gap. Finally, a unified formula is proposed to calculate their ultimate loading capacity, and fitting formula on such indexes are provided for designation of the CDB.
Reinforced concrete (RC) shear walls are one of the most commonly used lateral-load resisting systems in high-rise buildings. RC Parallel redundancy walls studied herein consist of two parts nested to each other. These two parts have different mechanical behaviors and energy dissipation mechanisms. In this paper, experimental studies of four 1/2-scale specimens representing this concept, which are subjected to in-plane cyclic loading, are presented and test results are discussed. Two specimens consist of a wall frame with barbell-shaped walls embedded in it, and the other two consist of a wall frame and braced walls nested each other. The research mainly focuses on the failure mechanism, strength, hysteresis loop, energy dissipation capacity and stiffness of these walls. Results show that the RC parallel redundancy wall is an efficient lateral load resisting component that acts as a "dual" system with good ductility and energy dissipation capacity. One main part absorbs a greater degree of the energy exerted by an earthquake and fails first, whereas the other part can still behave as an independent role in bearing loads after earthquakes.
한국지진공학회 2001년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2001
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pp.131-138
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2001
The purpose of this study is to investigate size effect on inelastic behavior of reinf bridge piers subjected to cyclic load. A computer program, named RCAHEST(Reinforced Co Analysis in Higher Evaluation System Technologr), for the analysis of reinforced concret was used. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressiv models of cracked concrete and a model of reinforcing steel The smeared crack app incorporated. In boundary plane at which each member with different thickness is conne discontinuous deformation due to the abrupt change in their stiffness can be taken into introducing interface element. The effect of number of load reversals with the same d amplitude has been also taken into account to model the reinforcing steel. To determine th on bridge pier inelastic behavior, a 1/4-scale replicate model was also loaded for compar full-scale bridge pier behavior.
Khalaj, Omid;Tafreshi, Seyed Naser Moghaddas;Mask, Bohuslav;Dawson, Andrew R.
Geomechanics and Engineering
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제9권3호
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pp.373-395
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2015
Comprehensive results from cyclic plate loading at a diameter of 300 mm supported by layers of geocell are presented. The plate load tests were performed in a test pit measuring $2000{\times}2000mm$ in plane and 700 mm in depth. To simulate half and full traffic loadings, fifteen loading and unloading cycles were applied to the loading plate with amplitudes of 400 and 800 kPa. The optimum embedded depth of the first layer of geocell beneath the loading plate and the optimum vertical spacing of geocell layers, based on plate settlement, are both approximately 0.2 times loading plate diameter. The results show that installation of the geocell layers in the foundation bed, increase the resilient behavior in addition to reduction of accumulated plastic and total settlement of pavement system. Efficiency of geocell reinforcement was decreased by increasing the number of the geocell layers for all applied stress levels and number of cycles of applied loading. The results of the testing reveal the ability of the multiple layers of geocell reinforcement to 'shakedown' to a fully resilient behavior after a period of plastic settlement except when there is little or no reinforcement and the applied cyclic pressure are large. When shakedown response is observed, then both the accumulated plastic settlement prior to a steady-state response being obtained and the resilient settlements thereafter are reduced. The use of four layers of geocell respectively decreases the total and residual plastic settlements about 53% and 63% and increases the resilient settlement 145% compared with the unreinforced case. The inclusion of the geocell layers also reduces the vertical stress transferred down through the pavement by distributing the load over a wider area. For example, at the end of the load cycle of the applied pressure of 800 kPa, the transferred pressure at the depth of 510 mm is reduced about 21.4%, 43.9%, 56.1% for the reinforced bases with one, two, and three layers of geocell, respectively, compared to the stress in the unreinforced bed.
이 연구의 목적은 면외방향으로 반복하중을 받는 철근콘크리트 벽식 교각의 지진거동을 파악하고 합리적이면서 경제적인 내진설계기준을 개발하는데 있다. 정확하고 올바른 성능평가를 위하여 신뢰성 있는 비선형 유한요소해석 프로그램을 사용하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 유한요소로서는 면내회전강성도를 갖는 4절점 평면 쉘요소가 사용되었다. 두께방향에 대한 철근과 콘크리트의 재료성질을 고려하기 위하여 층상화기법이 도입되었다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 신뢰성 있는 실험결과와 비교를 통하여 이 논문의 제안방법이 면외방향으로 반복하중을 받는 철근콘트리트 벽식 교각의 내진성능평가에 적합한 방법임을 입증하고자 한다.
Yu Ding;Yu Jia;Zhongling Zong;Xuan Wang;Jiasheng Zhang;Min Ni
Geomechanics and Engineering
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제35권6호
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pp.627-636
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2023
The essence of subgrade mud pumping under train load is the migration of fine particles in subgrade soil. The migration of fine particles will change the pore structure of overlying ballast, thus affecting the mechanical properties and hydraulic properties of ballast layer. It is of great theoretical significance and engineering value to study the effect of fine particle migration on the pore structure of ballast layer under cyclic loading. In this paper, a tailor-made subgrade mud pumping test model and an X-ray computed tomography (CT) scanning equipment were used to study the influence of migration of fine particles in subgrade soil on the pore parameters (plane porosity, volume porosity, pore distribution and pore connectivity) of overlying ballast under cyclic loading. The results show that the compression of ballast pores and the blockage of migrated fine particles make the porosity of ballast layer decreases gradually. And the percentage of small pores in ballast layer increases, while the percentage of large pores decreases; the connectivity of pores also gradually decreases. Based on the test results, an empirical model of ballast porosity evolution under cyclic loading is established and verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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