This study explores methods for modeling the foundation-seabed interaction needed for the load analysis of an offshore wind energy system. It comprises the comparison study of foundation design load analyses for NREL 5 MW turbine according to various soil-foundation interaction models by conducting the load analysis with GH-Bladed, analysis software for offshore wind energy systems. Furthermore, the results of the aforementioned load analysis were applied to foundation analysis software called L-Pile to conduct a safety review of the foundation cross-section design. Differences in the cross-section of a monopile foundation were observed based on the results of the fixed model, winkler spring and coupled spring models, and the analysis of design load cases, including DLC 1.3, DLC 6.1a, and DLC 6.2a. Consequently, under all design load conditions, the diameter and thickness of the monopile foundation cross-section were found to be 7 m and 80 mm, respectively, using the fixed and coupled spring models; the results of the analysis conducted using the winkler spring model showed that the diameter and thickness of the monopile foundation cross-section were 5 m and 60 mm, respectively. The study found that the soil-foundation interaction modeling method had a significant impact on the load analysis results, which determined the cross-section of a foundation. Based on this study, it is anticipated that designing an offshore wind energy system foundation taking the above impact into account would reduce the possibility of a conservative or unconservative design of the foundation.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.6
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pp.439-445
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2013
The soil-structure interaction(SSI) effect should be considered to accurately assess the seismic response of structure constructed on soft soil site other than the hard bedrock. Recently, the demand of SSI analysis has increased due to strengthening of the regulatory guidelines of nuclear power plant such as the USNRC SRP 3.7.2. In this study an accuracy and running time of the KIESSI-3D program for large-scale 3D SSI analysis were investigated. The seismic SSI analysis using the KIESSI-3D program was performed for several examples of large-scale three-dimensional soil-structure interaction system. The analysis results were compared with those of the ACS/SASSI program. Good agreements in transfer functions at selected locations showd that KIESSI-3D yields accurate solution for large-scale SSI problem. Moreover, it was found that running speed of the KIESSI-3D for large-scale 3D SSI analysis is much faster than that of the ACS/SASSI about 30~2000 times.
Many 1g shaking table tests with an SDOF structure supported by a single pile were performed to evaluate the soil-structure interaction (SSI) effect. Since most structures supported by group piles are MDOF structures with columns, the SSI effect is simulated using a large 1g shaking table test and numerical analysis. According to the results, the movement in the piles tends to increase with input acceleration and when the input frequency is similar to the natural frequency. Furthermore, the slope of the dynamic p-y curve remains constant regardless of the variation of acceleration and input frequency. According to the results of the dynamic p-y backbone curve and the moment of group piles, a center pile with a leading pile has more soil resistance than side piles with a trailing pile, and the effect of group piles is observed above the 7D center to center pile distance.
The effects of the uniform and spatially varying ground motions on the stochastic response of fluid-structure interaction system during an earthquake are investigated by using the displacement based fluid finite elements in this paper. For this purpose, variable-number-nodes two-dimensional fluid finite elements based on the Lagrangian approach is programmed in FORTRAN language and incorporated into a general-purpose computer program SVEM, which is used for stochastic dynamic analysis of solid systems under spatially varying earthquake ground motion. The spatially varying earthquake ground motion model includes wave-passage, incoherence and site-response effects. The effect of the wave-passage is considered by using various wave velocities. The incoherence effect is examined by considering the Harichandran-Vanmarcke and Luco-Wong coherency models. Homogeneous medium and firm soil types are selected for considering the site-response effect where the foundation supports are constructed. A concrete gravity dam is selected for numerical example. The S16E component recorded at Pacoima dam during the San Fernando Earthquake in 1971 is used as a ground motion. Three different analysis cases are considered for spatially varying ground motion. Displacements, stresses and hydrodynamic pressures occurring on the upstream face of the dam are calculated for each case and compare with those of uniform ground motion. It is concluded that spatially varying earthquake ground motions have important effects on the stochastic response of fluid-structure interaction systems.
Kim, Dong Kwan;Park, Hong Gun;Kim, Dong Soo;Ha, Jeong Gon
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.4
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pp.223-234
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2016
To investigate earthquake responses of structures with basements affected by soil deposits, centrifuge tests were performed using an in-flight earthquake simulator. The test specimen was composed of a single-degree-of-freedom structure model, a basement and sub-soil deposits in a centrifuge container. The test parameters were the dynamic period of the structure model, boundary conditions of the basement, existence of soil deposits, centrifugal acceleration level, and type and level of input earthquake accelerations. When soil deposits did not exist, the earthquake responses of the structures with fixed basement were significantly greater than those of the structure without basement. Also, the earthquake responses of the structures with the fixed basement surrounded by soil deposits were amplified, but the amplifications were smaller than those of the structures without basement. The earthquake responses of the structures with the half-embedded basement in the soil deposits were greater than those estimated by the fixed base model using the measured free-field ground motion. The test showed that the basement and the soil deposit should be simultaneously considered in the numerical analysis model, and the stiffness of the half-embedded was not effective.
Woo, Kwang S.;Lee, Dong W.;Yang, Seung H.;Ahn, Jae S.
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.5
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pp.1101-1111
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2018
This study aims to present accurate soil modeling and validation of a single roadside guardrail post as well as a single concrete pile installed near cut slopes or compacted sloping embankment. The conventional Winkler's elastic spring model and p-y curve approach for horizontal ground cannot directly be applied to sloping ground where ultimate soil resistance is significantly dependent on ground inclination. In this study, both grid-based 3-D FE model and particle-based SPH (smoothed particle hydrodynamics) model available in LS-DYNA have been adopted to predict the static behavior of a laterally loaded guardrail post. The SPH model has potential to eliminate any artificial soil stiffness due to the deterioration of the node-connected Lagrangian soil mesh. For this purpose, this study comprises two parts. Firstly, only 3-D FE modeling has been tested to show the numerical validity for a single concrete pile in sloping ground using Mohr-Coulomb material. However, this material option cannot be implemented for SPH elements. Nevertheless, Mohr-Coulomb model has been used since this material model requires six input soil data that can be obtained from the comparative papers in literatures. Secondly, this work is extended to compute the lateral resistance of a guardrail post located near the slope using the hybrid approach that combines Lagrange FE elements and SPH elements by the suitable node-merging option provided by LS-DYNA. For this analysis, the FHWA soil material developed for application to road-base soils has been used and also allows the application of SPH element.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.6
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pp.29-35
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2001
The soil-structure interaction(SSI) analysis is essential to soil site where shear wave velocity is less than 1,050 m/sec and soil nonlinear characteristics for this kind of soil site have to be considered in SSI analysis. In order to consider soil nonlinear characteristics in the SSI analysis, simple and reliable soil nonlinear evaluation technique with seismic recorded data at downhole array is proposed in this study. The SSI analysis is carried out in order to prove the reliability of the proposed evaluation technique with Hualien large scale seismic test(HLSST) site in Taiwan. The analytical result are compared with Hualien earthquake recorded data and the analytical results with SHAKE program which is prevailed at present. As a result, the proposed evaluation technique shows a good agreement with both the Hualien earthquake recorded data and the analytical result with SHAKE program and the reliability and usefulness are confirmed.
Kim, Hyung-Woo;Lee, Chang-Ho;Hong, Sup;Choi, Jong-Su;Yeu, Tae-Kyeong;Kim, Sea-Moon
Ocean and Polar Research
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v.32
no.4
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pp.361-367
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2010
The principal objective of this paper was to evaluate the steering characteristics of a tandem tracked vehicle, each side of which features two tandem tracks, when crawling on extremely cohesive soft soil. The tandem tracked vehicle is assumed to be a rigid-body with 6-dof. The dynamic analysis program of the tandem tracked vehicle was developed via Newmark's method and the incremental-iterative method. A terra-mechanics model of extremely cohesive soft soil was implemented according to the relationships of normal pressure to sinkage, of shear resistance to shear displacement, and of dynamic sinkage to shear displacement. In order to simplify the characteristics of contact interaction between track segments and cohesive soft soil, the characteristics of soil are equated to the properties of intact soil. In an effort to evaluate the steering characteristics of a tandem tracked vehicle crawling on extremely cohesive soft soil, a series of dynamic simulations were conducted for a tandem tracked vehicle model with respect to the front and rear steering angle, the steering ratio, and the initial velocity.
Dry bridges have been widely applied in the Qinghai-Tibet Railway (QTR) to minimize the thermal disturbance of engineering to the permafrost. However, because the Qinghai-Tibet Plateau is an area with a high potential occurrence of earthquakes, seismic action can easily destroy the dry bridges. Therefore, a three-dimensional numerical model, with consideration of the soil-pile interactions, is established to investigate the thermal characteristics and their impact on the seismic response of the dry bridge in permafrost region along the QTR. The numerical results indicate that there exist significant differences in the lateral displacement, shear force, and bending moment of the piles in different thermal conditions under seismic action. When the active layer become from unfrozen to frozen state, the maximum displacement of the bridge pile reduces, and the locations of the zero and peak values of the shear force and bending moment also change. It is found that although the higher stiffness of frozen soil confines the lateral displacement of the pile, compared with unfrozen soil, it has an adverse effect on the earthquake energy dissipation capacity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1C
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pp.31-40
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2008
This study presents the assessment of pseudostatic approach for obtaining the internal response of Single Column/Shaft subjected to earthquake loading. In numerical procedure, various lateral load transfer characteristics (p-y curve and Bi-linear curve) were used to model the nonlinear behavior of soil reactions including soil-pile interaction. The analysis using nonlinear soil model could estimate the seismic performance of soil-pile system, despite its relative simplicity. It was found that lateral behavior of single column/shaft obtained from the response displacement method was larger than those by seismic intensity method. To investigate the effects of soil-pile rigidity and pile head condition on the internal pile response, parametric studies were carried out for various soil models. The results from numerical analysis showed that lateral deflection was decreased with fixed condition of pile head and decreasing the soil-pile rigidity. The seismic analysis using Bi-linear model of JRA could reasonably predict the lateral behavior of Single Column/Shaft.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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