The study deals with the physical modeling of a typical building frame resting on pile foundation and embedded in cohesive soil mass using complete three-dimensional finite element analysis. Two different pile groups comprising four piles ($2{\times}2$) and nine piles ($3{\times}3$) are considered. Further, three different pile diameters along with the various pile spacings are considered. The elements of the superstructure frame and those of the pile foundation are descretized using twenty-node isoparametric continuum elements. The interface between the pile and pile and soil is idealized using sixteen-node isoparametric surface elements. The current study is an improved version of finite element modeling for the soil elements compared to the one reported in the literature (Chore and Ingle 2008). The soil elements are discretized using eight-, nine- and twelve-node continuum elements. Both the elements of superstructure and substructure (i.e., foundation) including soil are assumed to remain in the elastic state at all the time. The interaction analysis is carried out using sub-structure approach in the parametric study. The total stress analysis is carried out considering the immediate behaviour of the soil. The effect of various parameters of the pile foundation such as spacing in a group and number piles in a group, along with pile diameter, is evaluated on the response of superstructure. The response includes the displacement at the top of the frame and bending moment in columns. The soil-structure interaction effect is found to increase displacement in the range of 58 -152% and increase the absolute maximum positive and negative moments in the column in the range of 14-15% and 26-28%, respectively. The effect of the soil- structure interaction is observed to be significant for the configuration of the pile groups and the soil considered in the present study.
In this paper, an innovative technique for finite element (FE) modeling of steel tube-confined concrete (STCC) columns with active confinement under axial compressive loading is presented. In this method, a new constitutive model for the stress-strain relationship of actively-confined concrete is proposed. In total, 14 series of experimental STCC stub columns having active confinement were modeled using the ABAQUS software. The results obtained from the 3D model including the compressive strength at the initial peak point and failure point, as well as the axial and lateral stress-strain curves were compared with the experimental results to verify the accuracy of the 3D model. It was found that there existed a good agreement between them. A parametric study was conducted to investigate the effect of the concrete compressive strength, steel tube wall thickness, and pre-stressing level on the behavior of STCC columns with active confinement. The results indicated that increasing the concrete core's compressive strength leads to an increase in the compressive strength of the active composite column as well as its earlier failure. Furthermore, a reduction in the tube external diameter-to-wall thickness ratio affects the axial stress-strain curve and the confining pressure, while increasing the pre-stressing level has a negligible effect on the two.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.4
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pp.307-324
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2006
Effects of new tunnel construction on an existing tunnel are investigated in this paper. A parametric study was conducted on a number of conditions in terms of relative location of the new tunnel to the existing tunnel using 2D and 3D finite element models. The results indicated that the new tunnel construction imposes most severe effect on the existing tunnel's lining when located below the existing tunnel's springline for cases in which the new tunnel is constructed parallel to the existing tunnel. It is also revealed that the effect to the new tunnel construction is larger when the new tunnel is constructed under the existing tunnel than above for cases in which the new tunnel is crossed with the existing tunnel. Practical implications of the finding are discussed.
A non-linear finite element model (FEM) was constructed using a three-dimensional software (ATENA-3D) to investigate the effect of strengthening on the behavior of prestressed hollow-core (PHC) slabs with or without openings. The slabs were strengthened using near surface mounted (NSM)-carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strips. The constructed model was validated against experimental results that were previously reported by the authors. The validated FEM was then used to conduct an extensive parametric study to examine the influence of prestressing reinforcement ratio, compressive strength of concrete and strengthening reinforcement ratio on the behavior of such slabs. The FEM results showed good agreement with the experimental results where it captured the cracking, yielding, and ultimate loads as well as the mid-span deflection with a reasonable accuracy. Also, an overall enhancement in the structural performance of these slabs was achieved with an increase in prestressing reinforcement ratio, compressive strength of concrete, external reinforcement ratio. The presence of openings with different dimensions along the flexural or shear spans reduced significantly the capacity of the PHC slabs. However, strengthening these slabs with 2 and 4 (64 and $128mm^2$ that represent reinforcement ratios of 0.046 and 0.092%) CFRP strips was successful in restoring the original strength of the slab and enhancing post-cracking stiffness and load carrying capacity.
This research presents the monitoring results and their interpretation on load sharing of the pile foundation during the construction of a high-rise (124 m in height) building in Bangkok, in soft clayey ground. Axial forces in several piles, pore water pressure and earth pressures beneath the raft in a tributary area were monitored through the construction period of the building. The raft of the pile foundation in soft clayey ground can share the load up to 10-20% even though the foundation was designed using the conventional approach in which the raft resistance is ignored. The benefit from the return of ground water table as the uplift pressure is recognized. A series of parametric study by 3D-FEA were carried out. The potential of utilizing the piled raft system for the high-rise building with underground basement in soft clayey ground was preliminarily confirmed.
Yi-Fan Lyu;Guo-Qiang Li;Ke Cao;Si-Yuan Zhai;De-Yang Kong;Xuan-Yi Xue;Heng Li
Steel and Composite Structures
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v.48
no.3
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pp.321-333
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2023
This paper proposes a comprehensive investigation on lateral stiffness of corner-supported steel modular frame using splice connection. A full-scale modular frame with two stacked steel modules under lateral load is tested. Ductile pattern in the transfer of lateral load is found in the final failure mode. Two types of lateral stiffness, including tangent stiffness and secant stiffness, are defined from the load-displacement due to the observed nonlinearity. The difference between these two types of stiffness is found around 20%. The comparisons between the experimental lateral stiffness and the predictions of classical methods are also conducted. The D-value method using hypothesis of independent case is a conservative option for predicting lateral stiffness, which is more recommended than method of contraflexural bending moment. Analyses on two classical short-rod models, including fix-rod model and pin-rod model, are further conducted. Results indicate that fix-rod model is more recommended than pin-rod model to simplify splice connection for simulation on lateral stiffness of modular frame in elastic design stage.
Cantilever sheet pile walls having section thinner than masonry walls are generally adopted to retain moderate height of excavation. In practice, a surcharge in the form of strip load of finite width is generally present on the backfill. So, in the present study, influence of strip load on cantilever sheet pile walls is analyzed by varying the width of the strip load and distance from the cantilever sheet pile walls using finite difference based computer program in cohesionless soil modelled as Mohr-Coulomb model. The results of bending moment, earth pressure, deflection and settlement are presented in non-dimensional terms. A parametric study has been conducted for different friction angle of soil, embedded depth of sheet pile walls, different magnitudes and width of the strip load acting on the ground surface and at a depth below ground level. The result of present study is also validated with the available literature. From the results presented in this study, it can be inferred that optimum behavior of cantilever sheet pile walls is observed for strip load having width 2 m to 3 m on the ground surface. Further as the depth of strip load below the ground surface increases below the ground level to 0.75 times excavation height, the bending moment, settlement, net earth pressure and deflection decreases and then remains constant.
Kim, D.L;Kim, S.H.;S. Cho;H.S. Yang;Kim, D.H.;H.S. Ryoo;K.C. Seong
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.5
no.1
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pp.107-110
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2003
High Temperature Superconductor (HTS) transmission cable can carry more than 2 to 5 times higher electricity and also obtain substantially lower transmission losses than conventional cables. Liquid nitrogen is to be used to cool the HTS power cable and its cost is much cheaper than the liquid helium used for the cooling of metal superconducting wire. In Korea the HTS power cable development project has been ongoing since July, 2001 with the basic specifications of 22.9kV, 50MVA and told dielectric type as the first 3-year stage. The cryogenic system of the HTS cable is composed of HTS cable cryostat termination and refrigeration system. Termination of HTS cable is a connecting part between copper electrical cable at room temperature and HTS cable at liquid nitrogen temperature. In order to design the termination cryostat, it is required that the conduction heat leak and Joule heating on the current lead be reduced, the cryostat be insulated electrically and good vacuum insulation be maintained during long time operation. Heat loads calculations on the copper current lead have been performed by analytical and numerical method and the feasibility study fer the other candidate materials has also been executed.
Offshore pipelines have to withstand combined actions of tension and bending during deepwater installation, which can possibly lead to elliptical buckle and even catastrophic failure of whole pipeline. A 2D theoretical model initially proposed by Kyriakides and his co-workers which carried out buckling response analysis of elastic-plastic tubes under various load combinations, is further applied to investigate buckling behavior of offshore pipelines under combined tension and bending. In association with practical pipe-laying circumstances, two different types of loadings, i.e., bent over a rigid surface in the presence of tension, and bent freely in the presence of tension, are taken into account in present study. In order to verify the accuracy of the theoretical model, numerical simulations are implemented using a 3D finite element model within the framework of ABAQUS. Excellent agreement between the results validates the effectiveness of this theoretical method. Then, this theoretical model is used to study the effects of some important factors such as load type, loading path, geometric parameters and material properties etc. on buckling behavior of the pipes. Based upon parametric studies, a few significant conclusions are drawn, which offer a theoretical reference for design and installation monitoring of deepwater pipelines.
Brahim Laoud;Samir Benyoucef;Attia Bachiri;Rabbab Bachir Bouiadjra;Abdelouahed Tounsi;Mahmoud M Selim;Hosam A. Saad
Steel and Composite Structures
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v.52
no.1
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pp.45-56
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2024
This paper proposes an analytical solution for the free vibration, bending and buckling a functionally graded (FG) beam resting on viscoelastic foundation. The materials characteristics of the FG beam are considered to be varying across the thickness according several power law functions. The governing equations are found analytically using a quasi-3D model that contains undetermined integral forms and involves few unknowns to derive. Navier's method for simply supported beam is employed to solve the problem. Numerical examples are presented and studied to demonstrate the accuracy and effectiveness of the proposed model. Then, a detailed parametric study is presented in the form of tables and graphs to study and analyze the effects of the different parameters on the response of FG beams with different material compositions resting on a viscoelastic foundation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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