Seyed Mohammad Mojtabaei;Rasoul Khandan;Iman Hajirasouliha
Steel and Composite Structures
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v.51
no.4
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pp.441-456
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2024
This paper aims to develop Machine Learning (ML) algorithms to predict the buckling resistance of cold-formed steel (CFS) channels with restrained flanges, widely used in typical CFS sheathed wall panels, and provide practical design tools for engineers. The effects of cross-sectional restraints were first evaluated on the elastic buckling behaviour of CFS channels subjected to pure axial compressive load or bending moment. Feedforward multi-layer Artificial Neural Networks (ANNs) were then trained on different datasets comprising CFS channels with various dimensions and properties, plate thicknesses, and restraining conditions on one or two flanges, while the elastic distortional buckling resistance of the elements were determined according to the Finite Strip Method (FSM). To develop less biased networks and ensure that every observation from the original dataset has the chance of appearing in the training and test set, a K-fold cross-validation technique was implemented. In addition, the hyperparameters of the ANNs were tuned using a grid search technique to provide ANNs with optimum performances. The results demonstrated that the trained ANNs were able to predict the elastic distortional buckling resistance of CFS flange-restrained elements with an average accuracy of 99% in terms of coefficient of determination. The developed models were then used to propose a simple ANN-based design formula for the prediction of the elastic distortional buckling stress of CFS flange-restrained elements. Finally, the proposed formula was further evaluated on a separate set of unseen data to ensure its accuracy for practical applications.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.3
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pp.119-126
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2008
In 1980 and 1990's most of residential buildings were constructed with relatively low strength concrete of 18 MPa. And, columns were designed considering only vertical loads. In this study, compressive strength tests for low strength RC columns retrofitted by carbon fiber sheets were carried out. Carbon fiber sheet provides constructability and high tensile strength as well as good corrosion resistance characteristics. A pair of carbon sheets were wrapped with ${\pm}60^{\circ}$ angle with respect to longitudinal direction of RC column to increase structural capacity against axial and lateral load simultaneously. Strength and strain patterns and failure modes of specimens were analyzed and prediction equation of increased compressive strength of RC column confined by carbon fiber sheet was proposed based on regression analysis.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.4
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pp.79-86
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2008
Four RC shear wall specimens with a/d of 2.2 are designed. And a flexural retrofitting is performed for one specimen by both enlarging wall section and adding additional vertical reinforcements. Also the effectivity of jaketting wall sides is evaluated for the two methods using only steel plate or welded wire mesh with enlargement of section. Cyclic loads are applied to the retrofitted specimens according to the loading history proposed by ACI under constant axial force. Test result showed that the strength and ductility of specimen were improved where the section was enlarged after the installation of additional vertical reinforcements. Confining the ends of wall by U shape W.W.F. with enlargement of section showed most excellent structural capacity regarding to the strength and ductility. Retrofitting by using steel plate was much effective not only to protect the abrupt decrease of strength after yield but also to improve the deformation capacity.
Friction pendulums typically suffer from poor uplift-restraining. To improve the uplift-restraining and enhance the energy dissipation capacity, this article proposed a composite isolation device based on electromagnetic forces. The device was constructed based on a remote control system to achieve semi-active control of the composite isolation device. This article introduces the theory and design of an electromagnetic chuck-friction pendulum system (ECFPS) and derives the theoretical equation for the ECFPS based on Maxwell's electromagnetic attraction equation to construct the proposed model. By conducting 1:3 scale tests on the electromagnetic device, the gaps between the practical, theoretical, and simulation results were analyzed, and the accuracy and effectiveness of the theoretical equation for the ECFPS were investigated. The hysteresis and uplift-restraining performance of ECFPS were analyzed by adjusting the displacement amplitude, vertical load, and input current of the simulation model. The data obtained from the scale test were consistent with the theoretical and simulated data. Notably, the hysteresis area of the ECFPS was 35.11% larger than that of a conventional friction pendulum. Lastly, a six-story planar frame structure was established through SAP2000 for a time history analysis. The isolation performances of ECFPS and FPS were compared. The results revealed that, under horizontal seismic action, the horizontal seismic response of the bottom layer of the ECFPS isolation structure is greater than that of the FPS, the horizontal vibration response of the top layer of the ECFPS isolation structure is smaller than that of the FPS, and the axial force at the bottom of the columns of the ECFPS isolation structure is smaller than that of the FPS isolation structure. Therefore, the reliable uplift-restraining performance is facilitated by the electromagnetic force generated by the device.
The railway bridge abutment subjected to the lateral earth pressure is a sensitive structure that is affected by backfill materials, installation methods, compaction, and drainage system and so on. The several design loads for the bridge abutment design consist of traffic loading on bridges and vertical & lateral force due to surcharge load at backfill. Especially, the lateral earth pressure of design load components is important and considered in the design of geotechnical engineering structure such as bridge abutment wall. The determination of cross section for abutment is finally determined with calculating external stability and member force of abutment wall structures. In this study, the abutment wall height is 12m and the optimal cross section of abutment wall has been determined that satisfies an external stability for abutment structure through friction angles of 35, 40, and 45 degrees of backfill materials. The external stability and member force of abutment wall with friction angle of backfill materials and were calculated and construction cost of each abutment wall structures was compared. It found that the construction cost was reduced from 2.2 to 8.4% with friction angle of backfill materials.
The numerical analysis on PHC piles socketed into weathered rocks through sandy soil layers was conducted to propose the table solution or the chart solution to obtain the mobilization capacity. The mobilization capacity was determined at the settlement of 5% pile diameter and applied a safety factor of 3.0. In order to utilize the excellent compressive strength of the PHC pile effectively, it is recommended that the allowable bearing capacity of ground would be designed to be more than the long-term allowable compressive pile load. A procedure for determining an allowable pile capacity for PHC piles socketed into weathered rocks through sandy soil layers is given by the sum of the allowable skin friction of the sandy soil layer and the weathered rock layer and the allowable end bearing capacity of the weathered rock layer. The design efficiency of the PHC pile is about 85% at the reasonable design stage in the verification of the newly proposed method. Thus, long-term allowable compressive load (Pall) level of PHC piles can be utilized in the optimal design stage.
The purpose of this study is to investigate the structural behavior of RC Piers using high strength concrete and high strength rebars. The high strength concrete offers many advantages such as enhanced mechanical performance and durability, in addition to member size reduction. The high strength rebars are used here to reduce the amount of rebars, which facilitates the placement of concrete and labor works. Five RC piers were tested under a constant axial load and a cyclically reversed horizontal load. The seismic design of piers were implemented, according to the current Korean Bridge Design Code. The test variables include concrete compressive strength, steel strength, and steel ratio. The test results indicate that RC piers using the high strength concrete and high strength rebars exhibit ductile behavior and appropriate seismic performance, in compliance with the design code. The present study allows more realistic application of high strength rebars and concrete to RC piers, which will provide enhanced durability as well as more economy.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.1
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pp.126-132
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2018
This paper discusses about results of advanced buckling strength design for several kinds of perforated plated in the twin-hull car-ferry. For medium / small sized high speed vessels with a length of more than 50 meters and a length / width ratio of more than 12, such as car-ferries, it is highly possible that the buckling strength becomes weak due to the relatively thin thickness and the use of low strength capacity such as mild steel. Especially, it becomes big problem about weak buckling rigidity around the opening to access purpose in the perforated. As regarding safety design point of view for perforated plate, it is necessary to clarify buckling strength and ultimate strength by the distribution of in-plane load distribution around the opening. In this study, nonlinear series analysis using ANSYS was performed to clarify the influence of parameters such as aspect ratio, opening ratio and opening shape affecting the buckling and ultimate strength characteristics of the perforated plate under axial compression and we are derived the optimum design as buckling strength point of view. Based on these results, the governing factor determining the buckling strength of the perforated plate was the opening ratio, and the aspect ratio and the shape of the hole were not influenced.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.5
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pp.53-58
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2002
A recent development, a concrete-filled steel(CFS) pier is an alternative to a reinforced concrete bridge pier in an urban area, because of its fast construction and excellent ductility against earthquakes. The capacity of CFS piers has not been used to a practical design, because there is no guide of a seismic design for CFS piers. Therefore, the guide of a seismic design value is derived from tests of CFS piers in order to apply it to a practical seismic design. Steel piers and concrete-filled steel piers are tested with constant axial load using quasi-static cyclic lateral load to check ductile capacity and using the real Kobe ground motion of pseudo-dynamic test to verify seismic performance. The results prove that CFS piers have more satisfactory ductility and strength than steel piers and relatively large hysteretic damping in dynamic behaviors. The seismic performance of steel and CFS piers is quantified on the basis of the test results. These results are evaluated through comparison of both the response modification factor method by elastic response spectrum and the performance-based design method by capacity spectrum and demand spectrum using effective viscous damping. The response modification factor of CFS piers is presented to apply in seismic design on a basis of this evaluation for a seismic performance.
Seismic wave velocity change has been monitored due to the accumulation of micro-cracks by uniaxial loads on the rock samples from Seokmo Island with stepwise increase in 5 stages. After the load was applied up to 95% of UCS, P- and S-wave velocities varied in ranges of 0.9 ~ 18.3% and 2.8 ~ 14.8% of fresh rock sample velocities, respectively. Unlike seismic velocity of the dry rock samples that showed overall decreases after the loading, velocity changes of saturated rock samples were much more complicated. These seemed to be due to the mixture of two contradictory mechanisms; i.e. accumulation of micro-crack causes an increase in porosity and a decrease in wave velocity, while saturation causes an increase in wave velocity. Most of tested rocks showed a trend of velocity increase with low axial load and then velocity decrease at later stages. Starting stage of velocity decrease differs from samples to samples. After the failure of rock occurred, noticeable increases of porosity and decreases of wave velocity have been observed. It showed overall trend that the more the quartz contents and the lower the silicate, the higher the Young's modulus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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