Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.3
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pp.57-67
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2003
Response analysis of buried pipeline subjected to permanent ground deformation(PGD) due to liquefaction is mainly executed by use of numerical analysis or semi-analytical relationship, When applying these methods, so called interfacial pipelineㆍsoil interaction force plays an dominant part. Currently used interaction force is mode up of indispensable mechanical and physical components for the response analysis of buried pipeline. However, it has somewhat limited applicability to the liquefied region since it is based on the experimental results for the non-liquefied region. Therefore, in this study, improved type of pipelineㆍsoil interaction force is proposed based on the existing interaction force and experimental research accomplishments. Above all, proposed interaction force includes various patterns of PGD or spatial distributions of interaction force caused by the decrease of soil stiffness. Through the comparison of numerical results using the proposed and the existing interaction force, relative influences of interaction force on the response of pipeline are evaluated and noticeable considerations in the application of semi-analytical relationship are discussed. Moreover, analyses due to the change of pipe thickness and burial depth are performed.
Khemis, Asma;Chaouche, Abdelmadjid Hacene;Athmani, Allaeddine;Tee, Kong Fah
Structural Engineering and Mechanics
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v.59
no.4
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pp.739-759
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2016
The failure of civil engineering systems is a consequence of decision making under uncertain conditions. Generally, buried flexible pipes are designed for their transversal behavior to prevent from the important failure mode of buckling. However, the interaction effects between soil and pipe are neglected and the uncertainties in their properties are usually not considered in pipe design. In this regard, the present research paper evaluates the effects of these uncertainties on the uncertainty of the critical buckling hoop force of flexible pipes shallowly buried using the subgrade reaction theory (Winkler model) and First-Order Second-Moment (FOSM) method. The results show that the structural uncertainties of the studied pipes and those of the soil properties have a significant effect on the uncertainty of the critical buckling hoop force, and therefore taking into account these latter in the design of the shallowly flexible pipes for their buckling behavior is required.
Every year, millions of waste tires are discarded across the world. Storage of waste tires presents many problems such as fire threats, epidemics, and non-economic factors. Furthermore, the disintegration process of waste tires is not economical or practical due to its time-consuming, and disposal requirements. In this study, half-section waste tires (HSWTs) were integrated with high-density polyethylene (HDPE) pipes under different relative density conditions. The main aim of the study was to reduce the deformation values of embedded HDPE pipes in sandy soil and to evaluate the soil-pipe interaction. In comprehensive laboratory tests, half-section waste tires were integrated in two different ways: in the middle of the pipeline and along the pipeline. Accordingly, it was concluded that the effectiveness of waste tires reduces the deformation and bending moment values in the critical regions of pipes. As a result of reinforcement in the mid-point of the pipe defined as the most critical region, 52% and 36% less deformation was observed in the crown and springlines of the pipe, respectively. In addition, the bending moment values for the same critical section were determined to be 40% less in the crown and 28% less in the springline regions of the pipe.
The challenges involved with fatigue damage assessment of steel catenary riser (SCR) in the touchdown zone (TDZ) are primarily due to the non-linear behaviour of the SCR-seabed interaction, considerable uncertainty in SCR-seabed interaction modelling and geotechnical parameters. The issue of fatigue damage induced by the cyclic movements of the SCR with the seabed has acquired prominence with the touch down point (TDP) interaction in the TDZ. Therefore, the SCR-seabed response is critical for reliable estimation of fatigue life in the TDZ. Various design approaches pertaining to the lateral pipe-soil resistance model are discussed. These techniques have been applied in the finite element model that can be used to analyse the lateral SCR-seabed interaction under hydrodynamic loading. This study investigates the sensitivity of fatigue performance to geotechnical parameters through a parametric study. In this study, global analyses are performed to assess the influence of vertical linear seabed springs, the lateral seabed model and the non-linear seabed model, including trench evolution into seabed, seabed normalised stiffness, re-penetration offset parameter and soil suction resistance ratio, on the fatigue life of SCRs in the TDZ.
Characteristic behaviors of geo-structure during freezing and thawing process have to be understood based on fundamental knowledge on phase change in porous soil and interaction between soil and structure. Inversion analysis using published one-dimensional soil freezing tests was conducted to suggest a mechanical model to consider an effect of the ice saturation on Young's modulus. Silty soil was more sensitive to temperature than weathered granite soil and sand, and weathered granite soil was more affected by initial water saturation in stiffness decrease than silty soil. Numerical simulations on chilled gas pipeline showed that shielding effect from surrounding frozen zone around the pipe decreases impact from external load onto the pipe. And a pipe installed in sand backfill showed more heaving due to relatively low stiffness of sand during freezing than that of surrounding in-situ weather granite soil. However, it had more stable stress condition due to effective stress redistribution from external load.
This paper reports the application study of the ground reinforcement under a buried pipeline subjected to differential settlement via a finite element modeling. The soil-reinforcement interaction helps to minimize the differential settlement between the adjoining pipe segments. The settlement pattern and deformation slope of a pipeline have been evaluated for a boundary condition at the joint between a rigid structure and a pipeline. The analysis results are compared for both non-reinforced and reinforced cases to numerically evaluate the stress transfer mechanism and the effectiveness of the soil reinforcement for restraining the settlement of the pipeline.
Brillouin Optical Frequency Domain Analysis (BOFDA) is a distributed fiber optic sensing (DFOS) technique that has unique advantages for performance monitoring of piles. However, the complicated production process and harsh operating environment of offshore PHC pipe piles make it difficult to apply this method to pile load testing. In this study, sensing cables were successfully pre-installed into an offshore PHC pipe pile directly for the first time and the BOFDA technique was used for in-situ monitoring of the pile under axial load. High-resolution strain and internal force distributions along the pile were obtained by the BOFDA sensing system. A finite element analysis incorporating the Degradation and Hardening Hyperbolic Model (DHHM) was carried out to evaluate and predict the performance of the pile, which provides an improved insight into the offshore pile-soil interaction mechanism.
Park, Joonseok;Lee, Young-Geun;Kim, Sunhee;Park, Jung-Hwan;Kim, Eung-Ho
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.26
no.6
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pp.907-914
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2012
Flexible pipes take advantage of their ability to move, or deflect, under loads without structural damage. Common types of flexible pipes are manufactured from polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), steel, glass fiber reinforced thermosetting polymer plastic (GFRP), and aluminum. In this paper, we present the result of an investigation pertaining to the short-term behavior of buried polyethylene pipe. The mechanical properties of the polyethylene pipe produced in the domestic manufacturer are determined and the results are reported in this paper. In addition, vertical ring deflection is measured by the laboratory model test and the finite element analysis (FEA) is also conducted to simulate the short-term behavior of polyethylene pipe buried underground. Based on results from soil-pipe interaction finite element analyses of polyethylene pipe is used to predict the vertical ring deflection and maximum bending strain of polyethylene pipe.
In general, pipes buried underground can be classified into either rigid or flexible pipe. Glass fiber reinforced thermosetting polymer plastic (GFRP) pipe can be considered as one of typical flexible pipes for which the soil-pipe structure interaction must be taked into account in the design. In this paper, we present the result of an investigation pertaining to the short-term and long-term behavior of buried GFRP pipe. The mechanical properties of the GFRP pipe produced in the domestic manufacturer are determined and the results are reported in this paper. In addition, Ring deflection is measured by the field tests and the finite element analysis. Also, the extrapolation using these techniques typically extends the trend from data gathered over a period of approximately 5,232 hours, to a prediction of the property at 50 years, which is the typical maximum extrapolation time. Therefore, it was investigated that the long-term ring deflection of GFRP pipe estimated by methods for Monod-type.
Response of the pipeline crossing fault is considered as the large strain problem. Proper estimation of the pipeline response plays important role in mitigation studies. In this study, an advanced continuum modeling including material non-linearity in large strain deformations, hardening/softening soil behavior and soil-pipeline interaction is applied. Through the application of a fully nonlinear analysis based on an explicit finite difference method, the mechanics of the pipeline behavior and its interaction with soil under large strains is presented in more detail. To make the results useful in oil and gas engineering works, a continuous pipeline of two steel grades buried in two clayey soil types with four different crossing angles of 30°, 45°, 70° and 90° with respect to the pipeline axis have been considered. The results are presented as the fault movement corresponding to different damage limit states. It was seen that the maximum affected pipeline length is about 20 meters for the studied conditions. Also, the affected length around the fault cutting plane is asymmetric with about 35% and 65% at the fault moving and stationary block, respectively. Local buckling is the dominant damage state for greater crossing angle of 90° with the fault displacement varying from 0.4 m to 0.55 m. While the tensile strain limit is the main damage state at the crossing angles of 70° and 45°, the cross-sectional flattening limit becomes the main damage state at the smaller 30° crossing angles. Compared to the stiff clayey soil, the fault movement resulting 3% tensile strain limit reach up to 40% in soft clayey soil. Also, it was seen that the effect of the pipeline internal pressure reaches up to about 40% compared to non-pressurized condition for some cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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