This paper proposes the force equations(thrust, moment) of corrugated steel culverts through the finite element method. The conditions for maximum thrust and maximum moment are determined from the analysis of soil-structure interaction during the three construction stages, such as backfill to the crown, backfill to the soil cover, and live loads. The proposed form of thrust and moment equations are deduced from the analysis of behaviour and the application of Castigliano's second theorem for the semi-arch structure. Finally, the coefficients used in the proposed equations are determined from a large number of analysis for the various geometries and the soil-structure relative stiffness under the conditions of maximum thrust and maximum moment.
Damage in structures often leads to failure. Thus it is very important to monitor structures for the occurrence of damage. When damage happens in a structure the consequence is a change in its modal parameters such as natural frequencies and mode shapes. Artificial Neural Networks (ANNs) are inspired by human biological neurons and have been applied for damage identification with varied success. Natural frequencies of a structure have a strong effect on damage and are applied as effective input parameters used to train the ANN in this study. The applicability of ANNs as a powerful tool for predicting the severity of damage in a model steel girder bridge is examined in this study. The data required for the ANNs which are in the form of natural frequencies were obtained from numerical modal analysis. By incorporating the training data, ANNs are capable of producing outputs in terms of damage severity using the first five natural frequencies. It has been demonstrated that an ANN trained only with natural frequency data can determine the severity of damage with a 6.8% error. The results shows that ANNs trained with numerically obtained samples have a strong potential for structural damage identification.
Concrete filled steel tubular members (CFST) become a popular choice for modern building construction due to their numerous structural benefits and at the same time aging of those structures and member deterioration are often reported. Therefore, actions like implement of new materials and strengthening techniques become essential to combat this problem. The application of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) with concrete structures has been widely reported whereas researches related to strengthening of steel structures using fibre reinforced polymer (FRP) have been limited. The main objective of this study is to experimentally investigate the suitability of CFRP to strengthening of CFST members under flexure. There were three wrapping schemes such as Full wrapping at the bottom (fibre bonded throughout entire length of beam), U-wrapping (fibre bonded at the bottom throughout entire length and extended upto neutral axis) and Partial wrapping (fibre bonded in between loading points at the bottom) introduced. Beams strengthened by U-wrapping exhibited more enhancements in moment carrying capacity and stiffness compared to the beams strengthened by other wrapping schemes. The beams of partial wrapping exhibited delamination of fibre and were failed even before attaining the ultimate load of control beam. The test results showed that the presence of CFRP in the outer limits was significantly enhanced the moment carrying capacity and stiffness of the beam. Also, a non linear finite element model was developed using the software ANSYS 12.0 to validate the analytical results such as load-deformation and the corresponding failure modes.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.6
no.1
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pp.3-16
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2004
A finite element method is used for the force analysis of semicircular arch shaped corrugated steel plate lining. The assessment of stability and behavior for several conditions are executed from the analysis of soil-structure interaction in accordance with CHBDC (Canadian Highway Bridge Design Code, 2000). One fortieth scaled model tests were conducted on the semicircular arch lining to verify the FEM analysis results under the earth-load conditions.
The aim of this paper is to contribute to the efficient design of traffic light poles involved in vehicle frontal collisions by developing a computer-based, finite-element model capable of capturing the impact characteristics. This is achieved by using the available non-linear dynamic analysis software "LS-DYNA3D", which can accurately predict the dynamic response of both the vehicle and the traffic light pole. The fiber reinforced polymer(FRP) as a new pole's material is proposed in this paper to increase energy absorption capabilities in the case of a traffic pole involved in a vehicle head-on collision. Numerical analyses are conducted to evaluate the effects of key parameters on the response of the pole embedded in soil when impacted by vehicles, including: soil type(clay and sand) and pole material type(FRP and steel). It is demonstrated from the numerical analysis that the FRP pole-soil system has favorable advantages over steel poles, where the FRP pole absorbed vehicle impact energy in a smoother behavior, which leads to smoother acceleration pulse and less deformation of the vehicle than those encountered with steel poles. Also, it was observed that clayey soil brings a slightly more resistance than sandy soil which helps reducing pole movement at ground level. Finally, FRP pole system provides more energy absorbing leading to protection during minor impacts and under service loading, and remain flexible enough to avoid influencing vehicle occupants, thus reducing fatalities and injuries resulting from the crash.
This paper presents a probabilistic investigation of American and European specifications (i.e., AISC and Eurocode 4) for square concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns. The study is based on experimental results of 100 axially loaded square CFT stub columns from the literature. By comparing experimental results for ultimate loads with code-predicted column resistances, the uncertainty of resistance models is analyzed and it is found that the modeling uncertainty parameter can be described using random variables of lognormal distribution. Reliability analyses were then performed with/without considering the modeling uncertainty parameter and the safety level of the specifications is evaluated in terms of sufficient and uniform reliability criteria. Results show that: (1) The AISC design code provided slightly conservative results of square CFT stub columns with reliability indices larger than 3.25 and the uniformness of reliability indices is no better because of the quality of the resistance model; (2) The uniformness of reliability indices for the Eurocode 4 was better than that of AISC, but the reliability indices of columns designed following the Eurocode 4 were found to be quite below the target reliability level of Eurocode 4.
To study the influence on fracture properties of reinforced concrete wedge splitting test specimens by the addition of reinforcement, and the restriction of steel bars on crack propagation, 7 groups reinforced concrete specimens of different reinforcement position and 1 group plain concrete specimens with the same size factors were designed and constructed for the tests. Based on the double-K fracture criterion and tests, fracture toughness calculation model which was suitable for reinforced concrete wedge splitting tensile specimens has been obtained. The results show that: the value of initial craking load Pini and unstable fracture load Pun decreases gradually with the distance of reinforcement away from specimens's top. Compared with plain concrete specimens, addition of steel bar can reduce the value of initial fracture toughness KIini, but significantly increase the value of the critical effective crack length ac and unstable fracture toughness KIun. For tensional concrete member, the effect of anti-cracking by reinforcement was mainly acted after cracking, the best function of preventing fracture initiation was when the steel bar was placed in the middle of the crack, and when the reinforcement was across the crack and located away from crack tip, it plays the best role in inhibiting the extension of crack.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.12
no.1
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pp.113-120
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2016
Steel in a continuous reheat furnace is heated to higher temperature to be treated in the rolling steel process. Due to this reason the continuous reheat furnace system requires an optimal control system to adjust the temperature inside the furnace. Level 2 control systems for continuous reheat furnaces generate automatic heating set points for the level 1 system of the furnace based on the mathematical thermal model which can give a good estimation of steel heating inside the furnace and is used to adjust heating requirements to optimize furnace combustion. For the current study the analytic methodology based on the design procedure from the systems engineering to develop new level 2 control system of a continuous reheat furnace was proposed. The system analysis and the requirements of the level 2 control system were derived using the unified modeling language (UML) 2.0, and the design of database and the graphic user interface (GUI) for the level 2 control system were conducted.
A model analysis is used to predict the impact response of a simply supported elastic circular cylindrical shell composed of two bonded isotropic layers. The governing equations for a two-layered cylindrical shell are derived on the basis of an improved theory for the single-layer shell which includes the effects of transverse shear deformation and rotary inertia. Calculations are made for the specific case of the steel-concrete cylindrical shell subjected to a suddenly applied load. The solutions show that the method yields very good results. Therefore the proposed method is useful not only for a better investigating of the response characteristics of the shell but also available for a check on other numerical methods such a FEM.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.3
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pp.219-228
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2003
Numerical and experimental studies were conducted on the temperature distribution of a buried steel pipe and surrounding granite frozen soils in the closed system. The relationship between unfrozen water content and temperatures was analysed by laboratory test. The thermal conductivity measurements were made to compare the results with a formula presented by Lachenbruch. A steel container model that consists of a freezing chamber and a buried circular steel pipe was built for the laboratory temperature measurements. The time temperature records were measured experimentally, and those records were compared with numerical results obtained from FEM analysis in order to verify the feasibility. The latent heat effect on the granite frozen soils in the numerical study was considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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