Md. Akter Hosen;Khalid Ahmed Al Kaaf;A.B.M. Saiful Islam;Mohd Zamin Jumaat;Zaheer Abbas Kazmi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.67-81
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2023
The reinforced concrete (RC) structures might need strengthening or upgradation due to adverse environmental conditions, design defects, modification requirements, and to prolong the expected lifespan. The RC beams have been efficiently strengthened using the near surface mounted (NSM) approach over the externally bonded reinforcing (EBR) system. In this study, the performance of RC beam elements strengthened with NSM-steel rebars was investigated using an experimental program and nonlinear finite element modeling (FEM). Nine medium-sized, rectangular cross-section RC beams total in number made up for the experimental evaluation. The beams strengthened with varying percentages of NSM reinforcement, and the number of grooves was assessed in four-point bending experiments up to failure. Based on the experimental evaluation, the load-displacement response, crack features, and failure modes of the strengthened beams were recorded and considered. According to the experimental findings, NSM steel greatly improved the flexural strength (up to about 84%) and stiffness of RC beams. The flexural response of the tested beams was simulated using a 3D non-linear finite element (FE) model. The findings of the experiments and the numerical analysis showed good agreement. The effect of the NSM groove and reinforcement on the structural response was then assessed parametrically.
This paper studies soil properties uncertainty and its implementation in the seismic response evaluation of structures. For this, response sensitivity of two 4- and 12-story RC shear walls to the soil properties uncertainty by considering soil structure interaction (SSI) effects is investigated. Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) model is used for shallow foundation modeling and the uncertainty of soil properties is expanded to the foundation stiffness and strength parameters variability. Monte Carlo (MC) simulation technique is employed for probabilistic evaluations. By investigating the probabilistic evaluation results it's observed that as the soil and foundation become stiffer, the soil uncertainty is found to be less important in influencing the response variability. On the other hand, the soil uncertainty becomes more important as the foundation-structure system is expected to experience nonlinear behavior to more sever degree. Since full This paper studies soil properties uncertainty and its implementation in the seismic response evaluation of structures. For this, response sensitivity of two 4- and 12-story RC shear walls to the soil properties uncertainty by considering soil structure interaction (SSI) effects is investigated. Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) model is used for shallow foundation modeling and the uncertainty of soil properties is expanded to the foundation stiffness and strength parameters variability. Monte Carlo (MC) simulation technique is employed for probabilistic evaluations. By investigating the probabilistic evaluation results it's observed that as the soil and foundation become stiffer, the soil uncertainty is found to be less important in influencing the response variability. On the other hand, the soil uncertainty becomes more important as the foundation-structure system is expected to experience nonlinear behavior to more sever degree. Since full probabilistic analysis methods like MC commonly are very time consuming, the feasibility of simple approximate methods' application including First Order Second Moment (FOSM) method and ASCE41 proposed approach for the soil uncertainty considerations is investigated. By comparing the results of the approximate methods with the results obtained from MC, it's observed that the results of both FOSM and ASCE41 methods are in good agreement with the results of MC simulation technique and they show acceptable accuracy in predicting the response variability.
A simplistic approach towards evaluation of complete load deflection response of Reinforced Concrete (RC) flexural members under post fire (residual) scenario is presented in this paper. The cross-section of the RC flexural member is divided into a number of sectors. Thermal analysis is performed to determine the temperature distribution across the section, for given fire duration. Temperature-dependent stress-strain curves for concrete and steel are then utilized to perform a moment-curvature analysis. The moment-curvature relationships are obtained for beams exposed to different fire durations. These are then utilized to obtain the load-deflection plots following pushover analysis. Moreover one of the important issues of modeling the initial stiffness giving due consideration to stiffness degradation due to material degradation and thermal cracking has also been addressed in a rational manner. The approach is straightforward and can be easily programmed in spreadsheets. The presented approach has been validated against the experiments, available in literature, on RC beam subjected to different fire durations viz. 1hr, 1.5hrs and 2hrs. Complete load-deflection curves have been obtained and compared with experimentally reported counterparts. The results also show a good match with the results obtained using more complicated approaches such as those involving Finite element (FE) modeling and conducting a transient thermal stress analysis. Further evaluation of the beams during fire (at elevated temperatures) was performed and a comparison of the mechanical behavior of RC beams under post fire and during fire scenarios is made. Detailed formulations, assumptions and step by step approach are reported in the paper. Due to the simplicity and ease of implementation, this approach can be used for evaluation of global performance of fire affected structures.
Prestressing tendons in a nuclear containment building dome are non-axisymmetrically arranged in most cases. However, simple axisymmetric modeling of the containment has been often employed in practice to estimate structural behavior for the axisymmetric loadings such as an internal pressure. In this case, the axisymmetric approximation is required for the actual tendon arrangements in the dome. Some procedures are proposed that can implement the actual 3-dimensional tendon stiffness and prestressing effect into the axisymmetric model. Prestressing tendons, which are arranged in 3 or 2-ways depending on a containment type, are converted into an equivalent layer to consider the stiffness contribution in meridional and hoop directions. In order to reflect the prestressing effect, equivalent load method and initial stress method are devised and the corresponding loads or stresses are derived in terms of the axisymmetric model. In a companion paper, the proposed schemes are applied into CANDU and KSNP(Korean Standard Nuclear Power Plant) type containments and are verified through some numerical examples comparing the analysis results with those of the actual 3-dimensional model.
In the companion paper, we provided the novel elastic-plastic constitutive model based on the micromechanics theory. Herein, the elastic and elastic-plastic deformation of granular soils is meticulously analyzed. To guarantee high accuracy of the microscopic parameter, the systematic procedure to evaluate the parameters is provided. The analysis of the elastic response during the isotropic and triaxial compression shows that the stress-level dependency of cross-anisotropic elastic moduli is induced by the power relationship of the contact force in the normal contact stiffness, while the evolution of fabric anisotropy is more pronounced during triaxial compression. The micromechanical analysis indicates that the plastic strains are likely to occur at very small strains. The plastic deformation of tangential contacts has an important role in the reduction of soil stiffness during axial loading.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.6
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pp.210-218
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2019
Recently, cable-stayed bridges have been attempting to apply bold and experimental shapes for aesthetic and originality. In the case of bridges that have no similar cases, deep understanding and verification of analytical modeling is needed. S-shaped curved pedestrian cable-stayed bridge is always twisted because the cable is arranged on one side of the inverted triangular truss girder. In order to suppress the torsion, the Link-shoes are arranged at the left and right top members with reference to the Bearing placed at the mid-bottom member. The first research is related to the modeling method of Link-Shoe and Diaphram. In order to accurately reflect the transverse structural system and the torsional stiffness, it was necessary to model the Link-Shoe and the Diaphram directly rather than indirectly using the stiffness of the Bearing. The second study is related to the lateral arrangement of Bearing and Link-Shoes. Method 1 is to place in order of Link-shoe, Bearing, and Link-shoe from outside the curve radius. Method 2 is place to in order of Bearing, Bearing, and Link-shoe. In method 2, compared to method 1, the stress in the outer top member was larger and the stress in the inner one was decreased. It is analyzed that the stress adjustment is possible according to the lateral arrangement of Bearing and Link-Shoe.
Kim, Dongyoung;Hong, Kihwan;Kim, Kyu-Sung;Lee, Sangmin
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.9
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pp.190-199
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2014
In this paper, the vestibular hair bundle feature model and integrated vestibular hair cell model were proposed. In conventional modeling studies of vestibular system, only partial mechanisms were modeled, such as the characteristics of the vestibular hair bundles without external forces or the action potential of synapse, and the study about action potential of vestibular afferent considering the characteristics of the vestibular hair bundle was not performed. The proposed integrated vestibular hair cell model reflects external forces considering negative stiffness features of each hair bundles with different regularities of hair cells and our model was compared with conventional model without external forces. As a result, irregular afferent and intermediate afferent with high ratio of firing frequency variations to the changes of external stimulation had small width of negative stiffness section, but the width of the negative stiffness of regular afferent with low ratio was similar to that of conventional negative stiffness features. And the proposed integrated vestibular hair cell model showed almost same results with conventional data with animal experiments in 11 chosen frequency bands. It is verified that our proposed hair bundle feature model is adequately modeled.
Jang, Hwa Sub;Nam, Hyun Woo;Kwak, Yeon Min;Yoon, Se Woong;Kim, Ho Sun
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.27
no.5
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pp.339-344
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2015
Suction piles have been widely used as foundations and anchor systems in offshore industry, and recently, it have been tried to be used as foundations for offshore wind turbines. Many researches have shown that stiffness of a foundation could effect dynamic responses of a offshore wind turbine so that appropriate modeling application of wind turbine foundations is recommended. In this paper, we calculate a stiffness matrix of a suction foundation through 3D FEM analysis and compare the results with the ones calculated by conventional formula for estimating stiffness of shallow foundations. And then we carry out integrated load analysis for the evaluation of dynamic responses and natural frequencies of the structure using the calculated stiffness matrix. The results shows that the effect of load in the mudline is not large, but in the case of assuming the foundation as a fixed support, the natural frequency is over-estimated up to 10%. Therefore, considering stiffness of foundations is recommended when you evaluate the natural frequencies of wind turbine structures.
Reinforced soil structures may experience large local movements between soil and reinforcement. The failure modes of a reinforced structure depend on several factors which are governed by deformation and slipping of the reinforcement. In some cases, pulling out of the reinforcement may occur instead of rupturing, The growing use of geosynthetic liner system for storage of solid and liquid wastes has led to a number of slope instability problems where the synthetic liner may undergo a large amount of stretching and slipping as a result of the loading. The conventional finite element model for the soil-reinforcement interface uses a zero thickness joint element with normal and shear stiffnesses and can only accommodate a small amount of deformation. When a large slippage occurs, the model provides an i ncorrect mechanism for deformation. This paper presents a new interface finite element model which is able to simulate a large amount of slippage between soil and reinforcement. The formulation of the model is presented and the capability of the model is demonstrated using illustrative examples.
The Transitional zone between bridge abutment and earthwork is one of the representative vulnerable zones in railway where differential settlements may take place due to the different supportive stiffness. Although transitional zones are managed with stricter standards than those of the other earthwork zones either in the design and construction stages, it is very difficult to prevent differential settlement perfectly. A three-dimensional numerical analyses were performed by applying train moving load in this study. The analytical model including abutments and earthwork zones was constituted with rail, sleepers, track concrete layer (TCL), hydraulic stabilized base (HSB), reinforced road bed, and road bed using railway and road base structure. The clamp connecting the rail and sleeper were also modeled as the element with spring coefficient. The train wheel is modeled in the actual size and moved on the rail with 300 km/hr speed. The deformation characteristics at each point of the rail and the ground were considered in detail when moving the train wheel. The analysis results were compared with those from the two-dimensional analysis without considering moving load. The research results show that displacement and stress were greater in the three-dimensional analysis than in other analyses, and the three-dimensional analysis with moving load should be performed to evaluate railway performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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