The cyclic behavior and energy dissipation mechanism of short coupling beams with various reinforcement layouts were studied. For numerical analysis of coupling beams, nonlinear truss model was used. The results of numerical analysis showed that the coupling beams with conventional reinforcement layout showed pinched cyclic behavior without significant energy dissipation, whereas the coupling beams with diagonal reinforcement exhibited stable cyclic behavior without pinching. The energy dissipation of the coupling beams was developed mainly by diagonal reinforcing bars developing large plastic strains rather than concrete which is a brittle material Based on this result, simplified equations for evaluating the energy dissipation of coupling beams were developed. For verification, the predicted energy dissipation was compared with the test results. The results showed that the simplified equations can predict the energy dissipation of short coupling beams with shear span-to-depth ratio less than 1.25 with reasonable precision, addressing various design parameters such as reinforcement layout, shear span-to-depth ratio, and the magnitude of inelastic displacement. The proposed energy equations can be easily applied to performance-based seismic evaluation and design of reinforced concrete structures and members.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.3
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pp.149-160
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2018
This study experimentally and analytically examines the seismic vulnerability of steel rack storage frames subjected to Korea earthquakes (2016 Gyeongju earthquake and 2017 Pohang earthquake). To achieve this aim, this study selects a three-story, one-bay steel rack frame with a typical configuration of rack frame in Korea. Firstly, the local behavior for frame components is examined by performing monotonic and/or cyclic load tests and the global response and dynamic characteristics of the subject rack frame are investigated by conducting a shaking table test. The analytical model of the rack frame is then created based on the experimental results and is used to perform nonlinear time history analyses with recorded Korea earthquakes. The seismic demand of the rack frame is considerably affected by the spectral acceleration response, instead of peak ground accelerations (peak floor accelerations). Moreover, the collapse fragility curve of the rack frame is developed using incremental dynamic analyses for the Gyeongju and Pohang earthquakes. Fragility results indicate that the ground motion characteristics of these earthquakes do not significantly affect the frame vulnerability at the collapse state.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.6
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pp.1388-1398
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1994
The fracture toughness and micro-fracture mechanisms of the porous glass and stainless fiber reinforced glass composite were evaluated by using the acoustice mission(AE) technique, fracture toughness $test(K_{IC})$ and the macroscopic observation of the specimen surface which was being under the loading. At initial portion of the loading, the AE signals with low energy, of which origins were considered as the micro-cracks formated at the crack tip, were emitted. With increasing the applied load, AE signals having higher energies were generated due to the coalesence of micro-cracks and fast fracture. Based on the such relationship between AE emission and loading condition, fracture toughness $K_{IAE}$ could be defined successfully be using the $K_I$ value corresponding to an abrupt change of the accumulated AE signal energies emitted during the fracture toughness test. In spite of its brittleness of glass material, nonlinear deformation behavior before maximum load was observed due to the formation of micro-cracks. Further, the stainless fiber may have attributed to the improvement of fracture toughness and the resistance to crack propagation comparing to noncomposited materials Finally, models of the micro-fracture process combined with the AE sources for the porous glass material and its composite were proposed paying attention to the micro-crack nucleation and its coalescence at the crack tip. Fiber fracture and its Pullout, deformation of fiber itself were also delinated from the model.
With the rising global environmental awareness on energy saving and carbon reduction, as well as the environmental transition and natural disasters resulted from the greenhouse effect, waste resources should be efficiently used to save environmental space and achieve environmental protection principle of "sustainable development and recycling". This study used recycled cement mortar and adopted the volumetric method for experimental design, which replaced cement (0%, 10%, 20%, 30%) with recycled materials (fly ash, slag, glass powder) to test compressive strength and ultrasonic pulse velocity (UPV). The hyperbolic function for nonlinear multivariate regression analysis was used to build prediction models, in order to study the effect of different recycled material addition levels (the function of $R_m$(F, S, G) was used and be a representative of the content of recycled materials, such as fly ash, slag and glass) on the compressive strength and UPV of cement mortar. The calculated results are in accordance with laboratory-measured data, which are the mortar compressive strength and UPV of various mix proportions. From the comparison between the prediction analysis values and test results, the coefficient of determination $R^2$ and MAPE (mean absolute percentage error) value of compressive strength are 0.970-0.988 and 5.57-8.84%, respectively. Furthermore, the $R^2$ and MAPE values for UPV are 0.960-0.987 and 1.52-1.74%, respectively. All of the $R^2$ and MAPE values are closely to 1.0 and less than 10%, respectively. Thus, the prediction models established in this study have excellent predictive ability of compressive strength and UPV for recycled materials applied in cement mortar.
Composite columns made of high strength materials have been used in high-rise construction owing to its excellent structural performance resulting in smaller cross-sectional sizes. However, due to the limited understanding of its structural response, current design codes do not allow the use of high strength materials beyond a certain strength limit. This paper reports additional test data, analytical and numerical studies leading to a new design method to predict the ultimate resistance of composite columns made of high strength steel and high strength concrete. Based on previous study on high strength concrete filled steel tubular members and ongoing work on high strength concrete encased steel columns, this paper provides new findings and presents the feasibility of using high strength steel and high strength concrete for general double symmetric composite columns. A nonlinear finite element model has been developed to capture the composite beam-column behavior. The Eurocode 4 approach of designing composite columns is examined by comparing the test data with results obtained from code's predictions and finite element analysis, from which the validities of the concrete confinement effect and plastic design method are discussed. Eurocode 4 method is found to overestimate the resistance of concrete encased composite columns when ultra-high strength steel is used. Finally, a strain compatibility method is proposed as a modification of existing Eurocode 4 method to give reasonable prediction of the ultimate strength of concrete encased beam-columns with steel strength up to 900 MPa and concrete strength up to 100 MPa.
Kim, Seok-Kwon;Jin, Seung-Ri;Son, Jae-Won;Park, Dong-Jo
Journal of the Korea Society for Simulation
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v.19
no.4
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pp.199-208
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2010
Positions of tactical objects are represented as Time, Space and Position Information(TSPI) in modeling and simulations(M&S). The format and required information record for TSPI is investigated by referring the TSPI object model of the Test and Training Enabling Architecture(TENA), which has been developed by the United States Department of Defense. The most sophisticated tactical data link, Link-16 has a Precise Participant Location and Information (PPLI) message. We study the data format for exchanging TSPI data based on the PPLI message. To evaluate and track positions of tactical objects, we consider the Kalman filter for linear systems, and the extended Kalman filter and the unscented Kalman filter for nonlinear systems. Based on motion equations of a ballistic missile, the tracking performance for the trajectory of the ballistic missile is simulated by the unscented Kalman filter.
Brittleness index (BI) is an important property of rocks because it is a good index to predict rockburst. Due to its importance, several empirical and soft computing (SC) models have been proposed in the literature based on the punch penetration test (PPT) results. These models are very important as there is no clear-cut experimental means for measuring BI asides the PPT which is very costly and time consuming to perform. This study used a novel Multivariate Adaptive regression spline (MARS), M5P, and white-box ANN to predict the BI of rocks using the available data in the literature for an improved BI prediction. The rock density, uniaxial compressive strength (σc) and tensile strength (σt) were used as the input parameters into the models while the BI was the targeted output. The models were implemented in the MATLAB software. The results of the proposed models were compared with those from existing multilinear regression, linear and nonlinear particle swarm optimization (PSO) and genetic algorithm (GA) based models using similar datasets. The coefficient of determination (R2), adjusted R2 (Adj R2), root-mean squared error (RMSE) and mean absolute percentage error (MAPE) were the indices used for the comparison. The outcomes of the comparison revealed that the proposed ANN and MARS models performed better than the other models with R2 and Adj R2 values above 0.9 and least error values while the M5P gave similar performance to those of the existing models. Weight partitioning method was also used to examine the percentage contribution of model predictors to the predicted BI and tensile strength was found to have the highest influence on the predicted BI.
Piles that support offshore wind turbine structures are dominantly subjected to cyclic lateral loads of wind, waves, and tidal forces. For a successful design, it is imperative to investigate the behavior of the cyclic laterally loaded piles; the p-y curve method, in which the pile and soil are characterized as an elastic beam and nonlinear springs, respectively, has been typically utilized. In this study, model pile tests were performed in a 1 g gravitational field so as to investigate the p-y behaviors of cyclic laterally loaded piles installed in saturated dense silty sand. Test results showed that cyclic lateral loads gradually reduced the overall stiffness of the p-y curves (initial stiffness and ultimate soil reaction). This is because the cyclic lateral loads disturbed the surrounding soil, which led to the decrement of the soil resistance. The decrement effects of the overall stiffness of the p-y curves became more apparent as the magnitude of cyclic lateral load increased and approached the soil surface. From the test results, the cyclic p-y curve was developed using a p-y backbone curve method. Pseudo-static analysis was also performed with the developed cyclic p-y curve, confirming that it was able to properly predict the behaviors of cyclic laterally loaded pile installed in saturated dense silty sand.
The objective of this paper is the establishment of finite element analysis frame work for pavement research. Finite element analysis results simulating various loading experiments are verified with sensor measurements obtained from the KHC Test Road. The accuracy of the finite element analysis can be supported by these efforts so that it helps spread out the finite element analysis to pavement research and design processes. The finite element model used in this research is the full 3D nonlinear model including concrete slab, lean concrete base, subbase, shoulder, dowel, and tie-bar. In order to accomplish the accurate verification, the loading condition and the pavement temperature distribution are exactly simulated with field measured data. The curling behavior and the strain distribution are compared with measured responses from the loading tests with a truck and the FWD. Strain and curling predictions from the concrete slab are matched well with measured responses but the strain prediction from the lean concrete base is not matched with measured response. In addition, the magnitude of permanent curling is evaluated with the finite element analysis.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.8
no.4
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pp.297-304
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1996
The purpose of this study is to observe the applicability of parabolic mild-slope equations allowing relatively large angles of wave propagation based on the use of a Pade approximant or minimax approximation and also the applicability of the models with nonlinearity of diffracted waves in the shadow zone behind coastal structures. To accomplish these objectives, numerical solutions are obtained from the above parabolic models and are compared with the results from Watanabe and Maruyama's(1984) hydraulic model test on the wave field with an impermeable detached breakwater. From this study, it is found that computed wave heights increase for the nonlinear results in comparison to the linear results due to the increased diffraction effect across the geometric shadow boundary. The model with a larger aperture with respect to the principal direction was found to spread laterally to a much greater degree where spreading angle (diffraction effect) is relatively large. which causes a distortion in the overall results due to the error accumulated by the approximation of wave length.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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