Prediction of prestressed concrete girder integral abutment bridge (IAB) load effect requires understanding of the inherent uncertainties as it relates to thermal loading, time-dependent effects, bridge material properties and soil properties. In addition, complex inelastic and hysteretic behavior must be considered over an extended, 75-year bridge life. The present study establishes IAB displacement and internal force statistics based on available material property and soil property statistical models and Monte Carlo simulations. Numerical models within the simulation were developed to evaluate the 75-year bridge displacements and internal forces based on 2D numerical models that were calibrated against four field monitored IABs. The considered input uncertainties include both resistance and load variables. Material variables are: (1) concrete elastic modulus; (2) backfill stiffness; and (3) lateral pile soil stiffness. Thermal, time dependent, and soil loading variables are: (1) superstructure temperature fluctuation; (2) superstructure concrete thermal expansion coefficient; (3) superstructure temperature gradient; (4) concrete creep and shrinkage; (5) bridge construction timeline; and (6) backfill pressure on backwall and abutment. IAB displacement and internal force statistics were established for: (1) bridge axial force; (2) bridge bending moment; (3) pile lateral force; (4) pile moment; (5) pile head/abutment displacement; (6) compressive stress at the top fiber at the mid-span of the exterior span; and (7) tensile stress at the bottom fiber at the mid-span of the exterior span. These established IAB displacement and internal force statistics provide a basis for future reliability-based design criteria development.
Yi, Na-Hyun;Lee, Sang-Won;Lee, Seung-Jae;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.5
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pp.485-496
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2013
In recent years, frequent terror or military attacks by explosion or impact accidents have occurred. Examplary case of these attacks were World Trade Center collapse and US Department of Defense Pentagon attack on Sept. 11 of 2001. These attacks of the civil infrastructure have induced numerous casualties and property damage, which raised public concerns and anxiety of potential terrorist attacks. However, a existing design procedure for civil infrastructures do not consider a protective design for extreme loading scenario. Also, the extreme loading researches of prestressed concrete (PSC) member, which widely used for nuclear containment vessel, gas tank, bridges, and tunnel, are insufficient due to experimental limitations of loading characteristics. To protect concrete structures against extreme loading such as explosion and impact with high strain rate, understanding of the effect, characteristic, and propagation mechanism of extreme loadings on structures is needed. Therefore, in this paper, to evaluate the impact resistance capacity and its protective performance of bi-directional unbonded prestressed concrete member, impact tests were carried out on $1400mm{\times}1000mm{\times}300mm$ for reinforced concrete (RC), prestressed concrete without rebar (PS), prestressed concrete with rebar (PSR, general PSC) specimens. According to test site conditions, impact tests were performed with 14 kN impactor with drop height of 10 m, 5 m, 4 m for preliminary tests and 3.5 m for main tests. Also, in this study, the procedure, layout, and measurement system of impact tests were established. The impact resistance capacity was measured using crack patterns, damage rates, measuring value such as displacement, acceleration, and residual structural strength. The results can be used as basic research references for related research areas, which include protective design and impact numerical simulation under impact loading.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6C
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pp.359-366
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2008
The load distribution and deformation of pile subjected to axial loads are evaluated by a load-transfer method. The emphasis is on quantifying the effect of coupled soil resistance that is closely related to the ratio of pile diameter to soil modulus $(D/E_s)$ and the ratio of total shaft resistance against total applied load $(R_s/Q)$, in rock-socketed drilled shafts using the coupled load-transfer method. The proposed analytical method that takes into account the soil coupling effect was developed using a modified Mindlin's point load solution. Through comparisons with field case studies, it was found that the proposed method in the present study estimated reasonable load transfer behavior of pile and coupling effects due to the transfer of shaft shear loading, and thus represents a significant improvement in the prediction of load deflections of drilled shafts.
Ha, Ju-Hyung;Yi, Na-Hyun;Kim, Sung-Bae;Choi, Jong-Kwon;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.1
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pp.93-102
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2010
Recently, FRP usage for strengthening RC structures in civil engineering has been increasing. Especially, the use of FRP to strengthen structures against blast loading is growing rapidly. To estimate FRP retrofitting effect under blast loading, blast tests with nine $1,000{\times}1,000{\times}150\;mm$ RC panel specimens, which were retrofitted with carbon fiber reinforced polymer (CFRP), Polyurea, CFRP with Poly-urea and basalt fiber reinforced polymer (BFRP) have been carried out. The applied blast load was generated by the detonation of 15.88 kg ANFO explosive charge at 1.5 m standoff distance. The data acquisitions not only included blast waves of incident pressure, reflected pressure, and impulse, but also included central deflection and strains at steel, concrete, and FRP surfaces. The failure mode of each specimen was observed and compared with a control specimen. From the test results, the blast resistance of each retrofit material was determined. The test results of each retrofit material will provide the basic information for preliminary selection of retrofit material to achieve the target retrofit performance and protection level.
Yi, Na Hyun;Kim, Sung Bae;Kim, Jang-Ho Jay;Cho, Yun Gu
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5A
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pp.565-575
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2009
In recent years, there have been numerous explosion-related accidents due to military and terrorist activities. Such incidents caused not only damages to structures but also human casualties, especially in urban areas. To protect structures and save human lives against explosion accidents, better understanding of the explosion effect on structures is needed. In an explosion, the blast load is applied to concrete structures as an impulsive load of extremely short duration with very high pressure and heat. Generally, concrete is known to have a relatively high blast resistance compared to other construction materials. However, normal strength concrete structures require higher strength to improve their resistance against impact and blast loads. Therefore, a new material with high-energy absorption capacity and high resistance to damage is needed for blast resistance design. Recently, Ultra High Strength Concrete(UHSC) and Reactive Powder Concrete(RPC) have been actively developed to significantly improve concrete strength. UHSC and RPC, can improve concrete strength, reduce member size and weight, and improve workability. High strength concrete are used to improve earthquake resistance and increase height and bridge span. Also, UHSC and RPC, can be implemented for blast resistance design of infrastructure susceptible to terror or impact such as 9.11 terror attack. Therefore, in this study, the blast tests are performed to investigate the behavior of UHSC and RPC slabs under blast loading. Blast wave characteristics including incident and reflected pressures as well as maximum and residual displacements and strains in steel and concrete surface are measured. Also, blast damages and failure modes were recorded for each specimen. From these tests, UHSC and RPC have shown to better blast explosions resistance compare to normal strength concrete.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.51
no.7
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pp.370-378
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2002
As resent trends in structural construction have been to build taller and larger structures than any time in the past, they have had high flexibility and low damping that can cause large vibration response under severe environmental loading such as earthquakes, winds, and mechanical excitations. The damper with mass and spring is one approach to safeguarding the structure against excessive vibrations. In this paper, the lumped electrical circuit approach of mass/spring system is used to model the mechanical aspects according to the frequency. Therefore, the mass/spring system can be dealt with here and linked with the equivalent circuit of electric linear oscillatory actuator(LOA). Analysis models are two types of vibration control system, active mass damper(AMD) and hybrid mass damper(HMD). AMD consists of the moving coil LOA with mass only The LOA of HMD with mass and spring is composed of the fixed coil and the movable permanent magnet(PM) field part. The PM field part composed magnet modules and iron coke, is the damper marts itself. We Present the motional resistance and reactance of mass/spring system and the system impedance of AMD and HMD according to the frequency.
Farzampour, Alireza;Eatherton, Matthew R.;Mansouri, Iman;Hu, Jong Wan
Smart Structures and Systems
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v.23
no.4
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pp.329-335
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2019
Structural fuses are made up from oriented steel plates to be used to resist seismic force with shear loading resistance capabilities. The damage and excessive inelastic deformations are concentrated in structural fuses to avoid any issues for the rest of the surrounding elements. Recently developed fuse plates are designed with engineered cutouts leaving flexural or shear links with controlled yielding features. A promising type of link is proposed to align better bending strength along the length of the link with the demand moment diagram is a butterfly-shaped link. Previously, the design methodologies are purely based on the flexural stresses, or shear stresses only, which overestimate the dampers capability for resisting against the applied loadings. This study is specifically focused on the optimized design methodologies for commonly used butterfly-shaped dampers. Numerous studies have shown that the stresses are not uniformly distributed along the length of the dampers; hence, the design methodology and the effective implementation of the steel need revisions and improvements. In this study, the effect of shear and flexural stresses on the behavior of butterfly-shaped links are computationally investigated. The mathematical models based on von-Mises yielding criteria are initially developed and the optimized design methodology is proposed based on the yielding criterion. The optimized design is refined and investigated with the aid of computational investigations in the next step. The proposed design methodology meets the needs of optimized design concepts for butterfly-shaped dampers considering the uniform stress distribution and efficient use of steel.
Jacked pile that involves the use of hydraulic jacks to press the piles into the ground is free from noise and vibration, and is possibly installed within a limited construction area. Thus, as an alternative to conventional pile driving methods, pile jacking could become widely accepted for the construction projects in urban area (e.g., reconstruction or remodeling construction projects). Great concern has arisen over the prediction of axially loaded jacked pile behavior. Against this background, a series of pile load tests were hence conducted on a jacked steel pipe pile installed in weathered zone (i.e., weathered soil and weathered rock). From the test results, base resistance and shaft resistance for each test condition were evaluated and compared with the values predicted by the previous driven pile resistance assessment method. Test results showed that the previous driven pile resistance assessment method highly underestimated both the base and shaft resistances of a jacked pile; differences were more obviously observed with the shaft resistance. The reason for this discrepancy is that a driven pile normally experiences a larger number of loading/unloading cycles during installation, and therefore shows significantly degraded stiffness of surrounding soil. Based on the results of the pile load tests, particular attention was given to the modification of the previous driven pile resistance assessment method for investigating the axially loaded jacked pile behavior.
In this paper bearing capacity and safety margin of shallow foundation on weathered soil ground against shear failure by using current design method of allowable stress design (ASD), load resistance factor design (LRFD) based on reliability analysis and partial safety factor design (PSFD) in Eurocode were estimated and compared to each other. Results of the plate loading test used in construction and design were collected and analysis of probability statistics on soil parameters affecting the bearing capacity of shallow foundation was performed to quantify the uncertainty of them and to investigate the resistance bias factor and covalence of ultimate bearing capacity. For the typical sections of shallow foundation in domestic field as examples, reliability index was obtained by reliability analysis (FORM) and the sensitivity analysis on soil parameters of probability variables was performed to investigate the effect of probability variable on shear failure. From stability analysis for these sections by ASD, LRFD with the target reiability index corresponding to the safety factor used in ASD and PSDF, safety margins were estimated respectively and compared.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.9
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pp.3599-3609
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2010
Recently, the construction of coastal structures and high-rise structures against the horizontal and uplift forces increases with the developing the coastal developments. Especially the application of belled tension pile as foundation type to effectively resist uplift force is increasing in coastal structures. However, research on pullout resistance of belled tension pile has been limited and not yet been fully performed. Therefore, the pullout load tests of belled tension piles in four overseas sites were performed, then the bearing capacity, characteristics on load-displacement of piles and load distribution considering skin friction were investigated in this paper. In addition, the limit pullout bearing capacity calculated by the three-dimensional finite element analysis and theoretical methods were compared with values of in-situ test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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