In this paper, a novel methodology is proposed to obtain optimum location of outriggers. The method utilizes genetic algorithm (GA) for shape and size optimization of outrigger-braced tall structures. In spite of previous studies (simplified methods), current study is based on exact modeling of the structure in a computer program developed on Matlab in conjunction with OpenSees. In addition to that, exact wind loading distribution is calculated in accordance with ASCE 7-10. This is novel since in previous studies wind loading distributions were assumed to be uniform or triangular. Also, a new penalty coefficient is proposed which is suitable for optimization of tall buildings. Newly proposed penalty coefficient improves the performance of GA and results in a faster convergence. Optimum location and number of outriggers is investigated. Also, contribution of factors like central core and outrigger rigidity is assessed by analyzing several design examples. According to the results of analysis, exact wind load distribution and modeling of all structural elements, yields optimum designs which are in contrast of simplified methods results. For taller frames significant increase of wind pressure changes the optimum location of outriggers obtained by simplified methods. Ratio of optimum location to the height of the structure for minimizing weight and satisfying serviceability constraints is not a fixed value. Ratio highly depends on height of the structure, core and outriggers stiffness and lateral wind loading distribution.
A series of centrifuge model tests were conducted to investigate the behavior of piled bridge abutments subjected to lateral soil movements induced by approach embankments. The effect of clay layer depth and the rate of embankment construction on piled bridge abutments are the main focus of this study. Tests were performed for two loading types: (1) incremental loading applied in six lifts to the final embankment height; (2) instant loading corresponding to the final embankment height applied in one lift quickly. A variety of instrumentations such as LVDTs, strain gauges, earth pressure transducers, and pore pressure transducers are installed in designed positions in order to clarify the soil-pile interaction and the short- and long-term behavior for piled bridge abutments adjacent to surcharge loads. Based on the results of a series of centrifuge model tests, the distribution of lateral flow induced by staged embankment construction has trapezoidal distribution. The maximum lateral soil pressure is about 0.75$\gamma$H at surcharge loading stage, and about 0.35 $\gamma$H at over 80% consolidated stage.
A fundamental study of drilled shafts subjected to lateral cyclic loading in weathered soil was carried out based on field tests and numerical analysis. The emphasis was given on quantifying the cyclic p-y curve function from lateral cyclic loading tests and three-dimensional finite element analysis. Lateral cyclic loading tests and three-dimensional finite element analysis were carried out to investigate the behavior of drilled shafts according to the direction of cyclic loading. Based on the field tests and numerical analysis, a modified lateral load transfer relationship and design chart with degradation factors were proposed by considering the characteristics of cyclic loading. It was found that the prediction by the proposed p-y curve function is in good agreement with the general trends observed by in-situ measurements, and it represents a practical improvement in the prediction of lateral displacement and bending moment distribution of drilled shafts subjected to cyclic loading.
The coefficient of lateral earth pressure at rest in loose sand during virgin loading, K0 , and during unloading, K'0 , have been determined from laterally confined load-unload tests. The tests included measurement of lateral pressure with null pressure gauges, side wall friction with newly designed friction meters and applied pressure and base pressure with load cells. The importance of accounting for side-wall friction when evaluating the distribution of vertical pressure over the height of the soil specimen was demonstrated. Relatively uniform friction was observed during loading, but this was not the case during unloading unless friction reduction measures were employed. While the measured value of K0 was found to be close to, if slightly higher than the value commonly estimated on the basis of friction angle, φ', the ratio of K'0 to K0 was found to reasonably fit an expression of the form K'0/K0 = 1 + C·log(OCR), with C equal to 1 in the present tests.
Mechanical responses and failure behaviors of advanced C/C composite tube are very important for structural component design in nuclear reactor. In this study, an experimental investigation was conducted to study mechanical properties of C/C composite tube. Quasi-static compression loading was applied to a type of advanced composite tube to determine the response of the quasi-static load displacement curve during progressive damage. Acoustic emissions (AE) signals were captured and analyzed to characterize the crack formation and crack development. In addition, the crack propagation of the specimens was monitored by imaging technique and failure mode of the specimen was analyzed. FEM is appled to simulate the stress distribution. Results show that advanced C/C composite tube exhibits considerable energy absorption capability and stability in load-carrying capacity.
Moulgada Abdelmadjid;Zagane Mohammed El Sallah;Murat Yaylaci;Ait Kaci Djafar;Benouis Ali;Baltach Abdelghani;Sevval Ozturk;Mehmet Emin Ozdemir;Ecren Uzun Yaylaci
Steel and Composite Structures
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v.51
no.1
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pp.63-72
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2024
This study delves into the interaction dynamics between lateral notches and inclusions, providing valuable insights for more effective engineering of structural components. By employing the finite element method, the research analyzes how inclusions affect the dimensions and contours of the plastic zone under confined plasticity conditions. Several parameters were investigated, including loading influence, the distance between the inclusion and notch tip, inclusion stiffness, and the distribution of Von Mises stress, as well as normal stresses σxx and σyy, and Comparison between different stresses. Examining stress distributions under varying loading conditions reveals a significant intensification, particularly near the crack tip. Moreover, the presence of an inclusion near the notch base reduces both the size and shape of the plastic zone. The distribution of the stresses for different loads knows an increase in intensity, especially near the crack head, which is the most requested by the tensile forces on its upper part, which can cause either the crack's initiation or opening, inducing significant stresses.
One of the important use of piles is to furnish lateral support and nowadays it is getting highlighted due to the increase of skyscrapers, transmission towers, wind turbines, and other lateral action dependent structures. After Broms (1964), many researchers have suggested methods for estimating lateral capacity of pile. But each method assumes different earth pressure distribution and lateral earth pressure coefficient causing confusion on the part of pile designers. Lateral earth pressure, essential in lateral capacity estimation, is influenced by pile's rotational behavior under lateral load. Prasad and Chari (1999) assumed the rotation point of pile and suggested an equation of ultimate lateral load capacity. In this study, we investigate the depth of rotation point in both homogeneous soil and multi layered soil, and compare with the estimation value by previous research. Test results show that measured rotation point and estimated value by Prasad and Chari's equation show good agreement and multi layered condition affects the location of rotation point to be changed.
Steel corrosion induces structural deterioration of concrete-filled steel tubes (CFSTs), and any potential extreme action on a corroded CFST would pose a severe threat. This paper presents a comprehensive investigation on the lateral impact behaviour of CFSTs suffering from localised pitting corrosion damage. A refined finite element analysis model is developed for the simulation of locally corroded CFSTs subjected to lateral impact loads, which takes into account the strain rate effects on concrete and steel materials as well as the random nature of corrosion pits, i.e., the distribution patterns and the geometric characteristics. Full-range nonlinear analysis on the lateral impact behaviour in terms of loading and deforming time-history relations, nonlinear material stresses, composite actions, and energy dissipations are presented for CFSTs with no corrosion, uniform corrosion and pitting corrosion, respectively. Localised pitting corrosion is found to pose a more severe deterioration on the lateral impact behaviour of CFSTs due to the plastic deformation concentration, the weakened confinement and the reduction in energy absorption capacity of the steel tube. An extended parametric study is then carried out to identify the influence of the key parameters on the lateral impact behaviour of CFSTs with localised pitting corrosion. Finally, simplified design methods considering the features of pitting corrosion are proposed to predict the dynamic flexural capacity of locally pitted CFSTs subjected to lateral impact loads, and reasonable accuracy is obtained.
The inelastic behavior of a reinforced concrete columns is influenced by a number of factors : 1) level of axial load, 2) tie spacing, 3) volumetric ratio of lateral steel, 4) concrete strength, 5) distribution of longitudinal steel, 6) strength of lateral steel, 7) cover thickness, 8) configuration of lateral steel, 9) strain gradient, 10) strain rate, 11) the effectively confined concrete core area, and 12) amount of longitudinal steel. A new constitutive model of a confined concrete is suggested in order to investigate the nonlinear behavior of the reinforced concrete columns under concentric loading. The developed constitutive model for the confined concrete takes into account the effects of effectively confined area as well as the horizontal and longitudinal distributions of the confining pressures. None of the existing models incorporated these two main effects at the same time. A total of different six constitutive models for the behavior of the confined concrete under concentric compression were compared with the sixty-one test results reported by different researchers. The superiority of the developed model in its accuracy is demonstrated by evaluating the error function, which compares the weighted averages for the sum of squared relative differences in peak compressive strength and corresponding strain, stress at strain equal to 0.015, and total area under stress-strain curve up to strain equal to 0.015.
This paper describes the results for a numerical analysis of'single piles and pile oops in clayey soils subjected to monotonous lateral loading using the ABAQUS finite element software. The investigated variables in this study include free head and embedded capped single piles, pile diameter (1.0 m, 0.5 m), pile length (7.0 m, 10.0 m), and pile groups. The 1$\times$3 pile group was selected to investigate the individual pile and group lateral resistance, the distribution of the resistance among the piles, the effects of lateral stresses in front of and on the sides of the piles, and the effect of a cap on the lateral resistance of the leading pile. The soil was modeled using Cam-clay constitutive relationship and the pile was considered as a elastic circular concrete pile. The results show that the size of the cap influences lateral capacity of sin pile. The results also show in pile groups, the pile-soil-pile interaction and the cap effect the resistance in the leading pile, and the p-multiplier for the leading pile of greater than 1.0 was able to be obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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