This paper presents the results of a numerical investigation on load carrying capacity of geogrid-encased stone columns to use as load carrying column(s) supporting a foundation load. A validated 3D stress-pore pressure coupled model that can effectively show rapid drainage capability of stone columns and encasement effect of geogrid was adopted and a parametric study was carried out on a number of influencing factors. It is shown that the geogrid encased stone columns can be effectively used as foundation load supporting columns in soft ground. The results of numerical investigation were presented so that the relationship between the load carrying capacity of geogrid-encased stone columns and the influencing factors can be identified. Practical implications of the findings are also discussed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.4C
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pp.175-183
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2010
The load distribution and deflection of large diameter piles are investigated by lateral load transfer method (p-y curve). The emphasis is on the effect of the soil continuity in a laterally loaded pile using 3D finite element analysis. A framework for determining a p-y curve is calculated based on the surrounding soil stress. The parametric studies that take into account the soil continuity are also presented in this paper. Through comparisons with results of field load tests, it is found that the prediction by the present approach is in good agreement with the general trend observed by in situ measurements and thus, represents a significant improvement in the prediction of a laterally loaded pile behavior. Therefore, a present study considering the soil continuity would be more economical pile design.
Jianwei Zhang;Siyuan Wang;Man Zhang;Yuping Sun;Hongwei Wang
Steel and Composite Structures
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v.52
no.3
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pp.357-376
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2024
In this paper, weakly bonded ultra-high-strength steel bars (UHSS) were used as longitudinal reinforcement in recycled aggregate concrete shear walls to achieve resilient performance. The study evaluated the repairability and hysteresis performance of shear walls before and after retrofitting. Quasi-static tests were performed on recycled aggregate concrete (RAC) and steel fiber reinforced recycled aggregate concrete (FRAC) shear walls to investigate the reparability of resilient shear walls when loaded to 1% drift ratio. Results showed that shear walls exhibited drift-hardening properties. The maximum residual drift ratio and residual crack width at 1% drift ratio were 0.107% and 0.01mm, respectively, which were within the repairable limits. Subsequently, shear walls were retrofitted with bonded X-shaped CFRP strips and steel plates wrapped at the bottom and retested. Except for a slight reduction in initial stiffness, earthquake-damaged resilient shear walls retrofitted with a composite method still had satisfactory hysteresis performance. A revised damage assessment index D, has been proposed to assess of damage degree. Moreover, finite-element analysis for the shear wall before and after retrofit retrofitting was established in OpenSees and verified with experimental results. The finite element results and test results were in good agreement. Finally, parametric analysis was performed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3C
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pp.149-158
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2010
In this study, the behavior of Pile-Bent structure with varying diameters subjected to lateral loads were evaluated by a load transfer approach. An analytical method based on the beam-column model and nonlinear load transfer curve method was proposed to consider material non-linearity (elastic, yielding) and P-${\Delta}$ effect. For an effective analysis of behavior Pile-Bent structure, the bending moment and fracture lateral load of material were evaluated. And special attention was given to lateral behavior of Pile-Bent structures depending on reinforcing effect of materials and ground conditions. Based on the parametric study, it is shown that the maximum bending moment is located within a depth (plastic hinge) approximately 1~3D (D: pile diameter) below ground surface when material non-linearity and P-${\Delta}$ effect are considered. And distribution of the lateral deflections and bending moments on a pile are highly influenced by the effect of yielding. It is also found that this method considering material yielding behavior and P-${\Delta}$ effect can be effectively used to perform the preliminary design of Pile-bent structures.
Hawileh, Rami A.;Abdalla, Jamal A.;Tanarslan, Murat H.;Naser, Mohannad Z.
Computers and Concrete
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v.8
no.2
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pp.193-206
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2011
The use of Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) to strengthen reinforced concrete beams under bending and shear has gained rapid growth in recent years. The performance of shear strengthened beams with externally bonded CFRP laminate or fabric strips is raising many concerns when the beam is loaded under cyclic loading. Such concerns warrant experimental, analytical and numerical investigation of such beams under cyclic loading. To date, limited investigations have been carried out to address this concern. This paper presents a numerical investigation by developing a nonlinear finite element (FE) model to study the response of a cantilever reinforced concrete T-beam strengthened in shear with side bonded CFRP fabric strips and subjected to cyclic loading. A detailed 3D nonlinear finite element model that takes into account the orthotropic nature of the polymer's fibers is developed. In order to simulate the bond between the CFRP sheets and concrete, a layer having the material properties of the adhesive epoxy resin is introduced in the model as an interface between the CFRP sheets and concrete surface. Appropriate numerical modeling strategies were used and the response envelope and the load-displacement hysteresis loops of the FE model were compared with the experimental response at all stages of the cyclic loading. It is observed that the responses of the FE beam model are in good agreement with those of the experimental test. A parametric study was conducted using the validated FE model to investigate the effect of spacing between CFRP sheets, number of CFRP layers, and fiber orientation on the overall performance of the T-beam. It is concluded that successful FE modeling provides a practical and economical tool to investigate the behavior of such strengthened beams when subjected to cyclic loading.
A series of parametric investigations are performed in order to resolve the flow characteristic of a Quebec city stoker incinerator. The parameters considered in this study are five internal configurations of the Quebec city stoker itself and its modified ones, primary air velocity, the injection velocity and angle of the secondary air, and the reduction of the stoker exit area. A control-volume based finite-difference method by Patankar together with the power-law scheme is employed for discretization. The resolution of the pressure-velocity coupling is made by the use of SIMPLEC algorithm. The standard, two equation, k-$\varepsilon$ model is incorporated for the closure of turbulence. The size of recirculation region, turbulent viscosity, the mass fraction of the secondary air and pressure drop are calculated in order to analyze the characteristics of flow field. The results are physically acceptable and discussed in detail. The flow field of the Quebec city stoker shows the strong recirculation zone together with the high turbulence intensity over the upper part of the incinerator.
The purpose of this study is to investigate the cooling performance of radial heat sink used for high power LED lightings by natural convection cooling with surrounding air. Experimental and numerical analyses are carried out together. Parametric studies are performed to compare the effects of geometric parameters in radial heat sink such as the number of fins, fin height, fin length, and thickness of fin base as well as the surface coatings of radial heat sink. In this study, the cooling of 60 W LED lamp is examined with radiative heat transfer considered as well as natural convection. Numerical results show the optimum condition when the number of fin is 40, heat sink height is 120 mm, fin length is 15 mm, and fin base thickness is 3 mm. The difference in temperature of the LED metal PCB is within $1^{\circ}C$ between numerical analyses and experimental results. Also, the CNT coating on the heat sink surface is found to increase the cooling performance significantly.
Kim, Hee-Sun;Park, Jae-Yong;Kim, Na-Eun;Shin, Yeong-Soo;Park, Ji-Man;Chun, Youn-Sic
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.4
no.4
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pp.218-226
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2012
PURPOSE. The purpose of this study was to propose finite element (FE) modeling methods for predicting stress distributions on teeth and mandible under chewing action. MATERIALS AND METHODS. For FE model generation, CT images of skull were translated into 3D FE models, and static analysis was performed considering linear material behaviors and nonlinear geometrical effect. To find out proper boundary and loading conditions, parametric studies were performed with various areas and directions of restraints and loading. The loading directions are prescribed to be same as direction of masseter muscle, which was referred from anatomy chart and CT image. From the analysis, strain and stress distributions of teeth and mandible were obtained and compared with experimental data for model validation. RESULTS. As a result of FE analysis, the optimized boundary condition was chosen such that 8 teeth were fixed in all directions and condyloid process was fixed in all directions except for forward and backward directions. Also, fixing a part of mandible in a lateral direction, where medial pterygoid muscle was attached, gave the more proper analytical results. Loading was prescribed in a same direction as masseter muscle. The tendency of strain distributions between the teeth predicted from the proposed model were compared with experimental results and showed good agreements. CONCLUSION. This study proposes cost efficient FE modeling method for predicting stress distributions on teeth and mandible under chewing action. The proposed modeling method is validated with experimental data and can further be used to evaluate structural safety of dental prosthesis.
This paper aims to analytically study the effect of loading conditions and confinement type on the mechanical properties of the concrete-steel composite columns under axial compressive loading. The axial loading is applied to the composite columns in the two ways; only on the concrete core, and on the concrete core and steel tube simultaneously, which are called steel tube-confined concrete (STCC) and concrete-filled steel tube (CFST) columns, respectively. In addition, the confinement is investigated in the three types of passive, short-term active and long-term active confinement. Nonlinear finite element 3D models for analyzing these columns are developed using the ABAQUS program, and then these models are verified with respect to the recent experimental results reported by the authors on the STCC and CFST columns experiencing active and passive confinements. Axial and lateral stress-strain curves as well as the failure mode for qualitative verification, and compressive strength for quantitative verification are considered. It is found that there is a good consistency between the finite element analysis results and the experimental ones. In addition, a parametric study is performed to evaluate the effect of axial loading type, prestressing ratio, concrete compressive strength and steel tube diameter-to-wall thickness ratio on the compressive behavior of the composite columns. Finally, the compressive strength results of CFST specimens obtained via the finite element analysis are compared with the values specified by the international codes and standards including EC4, CSA, ACI-318, and AISC, with the results showing that ACI-318 and AISC underestimate the compressive strength of the composite columns, while EC4 and CSA codes present overestimated values.
Tunnel excavation leads to a disturbance on the initial stress balance of surrounding soils, which causes convergences around the tunnel and settlements at the ground surface. Considering the effective impact of settlements on the structures at the surface, it is necessary to estimate them, especially in urban areas. In the present study, ground settlements due to the excavation of East-West Line 7 of the Tehran Metro (EWL7) and the Abuzar tunnels are evaluated and the effect of the lateral earth pressure coefficient ($K_0$) on their extension is investigated. The excavation of the tunnels was performed by TBMs (Tunnel Boring Machines). The coefficient of lateral earth pressure ($K_0$) is one of the most important geotechnical parameters for tunnel design and is greatly influenced by the geological characteristics of the surrounding soil mass along the tunnel route. The real (in-situ) settlements of the ground surface were measured experimentally using leveling methods along the studied tunnels and the results were compared with evaluated settlements obtained from both semi-empirical and numerical methods (using the finite difference software FLAC3D). The comparisons permitted to show that the adopted numerical models can effectively be used to predict settlements induced by a tunnel excavation. Then a numerical parametric study was conducted to show the influence of the $K_0$ values on the ground settlements. Numerical investigations also showed that the shapes of settlement trough of the studied tunnels, in a transverse section, are not similar because of their different diameters and depths of the tunnels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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