In practice, analysis of laterally loaded piles is carried out using beams on non-linear Winkler springs model (often known as p-y method) due to its simplicity, low computational cost and the ability to model layered soils. In this approach, soil-pile interaction along the depth is characterized by a set of discrete non-linear springs represented by p-y curves where p is the pressure on the soil that causes a relative deformation of y. p-y curves are usually constructed based on semi-empirical correlations. In order to construct API/DNV proposed p-y curve for clay, one needs two values from the monotonic stress-strain test results i.e., undrained strength ($s_u$) and the strain at 50% yield stress (${\varepsilon}_{50}$). This approach may ignore various features for a particular soil which may lead to un-conservative or over-conservative design as not all the data points in the stress-strain relation are used. However, with the increasing ability to simulate soil-structure interaction problems using highly developed computers, the trend has shifted towards a more theoretically sound basis. In this paper, principles of Mobilized Strength Design (MSD) concept is used to construct a continuous p-y curves from experimentally obtained stress-strain relationship of the soil. In the method, the stress-strain graph is scaled by two coefficient $N_C$ (for stress) and $M_C$ (for strain) to obtain the p-y curves. $M_C$ and $N_C$ are derived based on Semi-Analytical Finite Element approach exploiting the axial symmetry where a pile is modelled as a series of embedded discs. An example is considered to show the application of the methodology.
This paper presents a method of seismic analysis for a cylindrical liquid storage structure considering the effects of the interior fluid and exterior soil medium in the frequency domain. The horizontal and rocking motions of the structure are included in this study. The fluid motion is expressed in terms of analytical velocity potential functions, which can be obtained by solving the boundary value problem including the deformed configuration of the structure as well as the sloshing behavior of the fluid. The effect of the fluid is included in the equation of motion as the impulsive added mass and the frequency-dependent convective added mass along the nodes on the wetted boundary of the structure. The structure and the near-field soil medium are represented using the axisymmetric finite elements, while the far-field soil is modeled using dynamic infinite elements. The present method can be applied to the structure embedded in ground as well as on ground, since it models both the soil medium and the structure directly. For the purpose of verification, earthquake response analyses are performed on several cases of liquid tanks on a rigid ground and on a homogeneous elastic half-space. Comparison of the present results with those by other methods shows good agreement. Finally, an application example of a reinforced concrete tank on a horizontally layered soil with a rigid bedrock is presented to demonstrate the importance of the soil-structure interaction effects in the seismic analysis for large liquid storage tanks.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.6
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pp.55-63
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2008
This paper presents a seismic analysis technique for a 3D soil-structure interaction system in a frequency domain, based on the finite element formulation incorporating frequency-dependent infinite elements for the far field soil region. Earthquake input motions are regarded as traveling P, SV and SH waves which are incident vertically from the far-field soil region, and then equivalent earthquake forces are calculated using impedances of infinite soil by dynamic infinite elements and traction and displacement from free field response analysis. For verification and application, seismic response analyses are carried out for a multi-layered soil medium without structure and a typical nuclear power plant in consideration of soil-structure interaction. The results are compared with the free field response using a one-dimensional analytic solution, and a dynamic response of an example structure from another SSI package.
The construction of combined pile-raft foundations is considered as the main option in designing foundations in high-rise buildings, especially in soils close to the ground surface which do not have sufficient bearing capacity to withstand building loads. This paper deals with the geotechnical report of the Northern Fereshteh area of Tabriz, Iran, and compares the characteristics of the single pile foundation with the two foundations of pile group and geogrid. Besides, we investigate the effects of five principal parameters including pile diameter and length, the number of geogrid layers, the depth of groundwater level, and pore water pressure on vertical consolidation settlement and pore water pressure changes over a year. This study assessed the mechanism of the failure of the soil under the foundation using numerical analysis as well. Numerical analysis was performed using the two-dimensional finite element PLAXIS software. The results of fifty-four models indicate that the diameter of the pile tip, either as a pile group or as a single pile, did not have a significant effect on the reduction of the consolidation settlement in the soil in the Northern Fereshteh Street region. The optimum length for the pile in the Northern Fereshteh area is 12 meters, which is economically feasible. In addition, the construction of four-layered ten-meter-long geogrids at intervals of 1 meter beneath the deep foundation had a significant preventive impact on the consolidation settlement in clayey soils.
Nasery, Mohammad Manzoor;Ergun, Mustafa;Ates, Sevket;Husem, Metin
Earthquakes and Structures
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v.9
no.3
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pp.657-671
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2015
The level of ductility is determined by depending on the intended use of the building, the region's seismic characteristics and the type of structural system when buildings are planned by engineers. Major portion of seismic energy is intended to be consumed in the plastic zone in structural systems of high ductility, so the occurrence of damages in load bearing and non-load bearing structural elements is accepted in planning stage under severe earthquakes. However, these damages must be limited among specific values in order not to endanger buildings in terms of the bearing capacity. Isolators placed between the basement and upper structure make buildings behave elastically by reducing the effects of seismic loads and improving seismic performance of building significantly. Thus, damages can be limited among desired values. In this study, the effectiveness of seismic isolation is investigated on both fixed based and seismic isolated models of a hospital building with high ductility level with regard to lateral displacements, internal forces, structural periods and cost of the building. Layered rubber bearings are interposed between the base of the structure and foundation. Earthquake analysis of the building are performed using earthquake records in time domain (Kocaeli, Loma Prieta and Landers). Results obtained from three-dimensional finite element models are presented by graphs and tables in detail. That seismic isolation reduces significantly the destructive effects of earthquakes on structures is seen from the results obtained by seismic analysis.
Rayleigh wave and Love wave are the major elastic waves belonging to the category of the surface wave. The fact that Love wave is not contaminated by P-wave makes Love wave superior to Rayleish wave and other body waves. Therefore, the information that Love wave carries is more distinct and clearer than the information of Rayleigh wave. In this study, for the purpose of employing Love wave in the SASW method, the dispersion characteristics of the Love wave were extensively investigated by the theoretical, numerical and experimental approaches. The 2-D and 3-D finite element analyses for the half space and two-layer systems were performed to determine the phase velocities from Love wave as well as from both the vertical and the horizontal components of Rayleigh wave. Also, the SASW measurements were performed at the geotechnical sites to verify the results obtained by the numerical analysis. The results of the numerical analysis and the field testing indicated that the dispersion characteristics of Love wave can be an extended information to make better evaluation of the subsurface stiffness structure by SASW method.
A new type of transducer, piezoelectric floating mass transducer (PFMT) which has advantages of piezoelectric and electromagnetic transducer has been proposed and implemented for the implantable middle ear hearing devices. By the uneven bonding of piezoelectric material to the inner bottom of transducer case, the PFMT can vibrate back-and-forth along the longitudinal axis of the transducer even though the piezoelectric material within the cylindrical case produces only the bilateral expansion and contraction according to the applied electrical signal. To improve efficiency of the PFMT, the multi-layered piezoelectric material has been adapted. The small number of components in the PFMT enables the simple manufacturing and the easy implanting into the middle ear. In order to examine the characteristics of vibration, mechanical modeling and finite element analyses of the proposed transducer have been performed. From the result of theoretical analyses and the measured data from the experiment, it is verified that the implemented PFMT can be used in implantable middle ear hearing devices.
Asphalt pavement tends to rut in high temperature and to crack in cold temperature. The performance of asphalt pavement can be deteriorated by korean weather condition which has the four distinct seasons. In this study, the typical sections that may minimize rutting and fatigue were analyzed through the numerical model tests. The layered elastic theory , finite element method and visco elastic theory were utilized for these numerical model tests. From the various numerical model tests, it is found that an optimum design procedure was recommended. It was increasing the thickness of asphalt stabilized base with fixing the wearing course as 5cm the minimum specified thickness. The section was most beneficial in resting rutting and fatigue. From the analysis of the relative index on tensile strain and cost analysis, it was recommended that the thickness ratio of subbase and asphalt concrete is 1.0$\sim$2.5.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.25
no.4
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pp.59-66
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2018
In this paper, we analyzed the usefulness of single-structured printed circuit board (PCB) modeling by using numerical analysis to model the PCB structure applied to a package for semiconductor purposes and applying modeling assuming a single structure. PCBs with circuit layer of 3rd and 4th were used for analysis. In addition, measurements were made on actual products to obtain material characteristics of a single structure PCB. The analysis results showed that if the PCB was modeled in a single structure compared to a multi-layered structure, the warpage analysis results resulting from modeling the PCB structure would increase and there would be a significant difference. In addition, as the circuit layer of the PCB increased, the mechanical properties of the PCB, the elastic coefficient and inertia moment of the PCB increased, decreasing the package's warpage.
Kim, Yong-Min;Jeong, Sang-Seom;Lee, Yong-Hee;Jang, Jung-Bum
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6C
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pp.241-253
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2010
For seismic design of a vertical shaft, three-dimensional Finite Element (FE) analyses were performed to evaluate the accurate response of a vertical shaft and to apply a Response Displacement Method (RDM). Special attention is given to the evaluation of seismic base and response displacement of surrounding soil, estimation of load and loading method. Based on the result, it was found that shear wave velocity of seismic base greater than 1500m/s was appropriate for the seismic design. It was also found that double cosine method which evaluates a response displacement of surrounding soil was most appropriate to consider the characteristic of multi-layered soil. Finally, shape effect of the structure was considered to clarify the dynamic behavior of vertical shaft and it would be more economical vertical shaft design when a vertical shaft was analyzed by using RDM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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