The attack of environmental aggressive agents progressively reduces the structural reliability of buildings and infrastructures and, in the worst exposition conditions, may even lead to their collapse in the long period. A change in the material and sectional characteristics of a structural element, due to the environmental damaging effects, changes its mechanical behaviour and varies both the internal stress redistribution and the kinematics through which it reaches its ultimate state. To identify such a behaviour, the evolution of both the damaging process and its mechanical consequences have to be taken into account. This paper presents a computational approach for the analysis of reinforced and prestressed concrete elements under sustained loading conditions and subjected to given damaging scenarios. The effects of the diffusion of aggressive agents, of the onset and development of the corrosion state in the reinforcement and the corresponding mechanical response are studied. As known, the corrosion on the reinforcing bars influences the damaging rate in the cracking pattern evolution; hence, the damage development and the mechanical behaviours are considered as coupled phenomena. The reliability of such an approach is validated in modelling the diffusion of the aggressive agents and the changes in the mechanical response of simple structural elements whose experimental behaviour is reported in Literature. A second set of analyses studies the effects of the corrosion of the tendons of a P.C. beam and explores potentially unexpected structural responses caused by corrosion under different aggressive exposition. The role of the different types and of the different positions of the damaging agents is discussed. In particular, it is shown how the collapse mode of the beam may switch from flexural to shear type, in case corrosion is caused by a localized chloride attack in the shear span.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.32
no.3
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pp.83-97
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1995
The aim of this study is to derive a simple formula for predicting ultimate strength of hull girders under vertical bending moment. The existing formulas have been reviewed and classified into analytical approach, empirical approach and linear approximate approach. It is known that the ship hull will reach the ultimate limit state if both collapse of the compression flange and yielding of the tension flange occur. Side shells in the vicinity of the compression and tension flanges will often fail also, but the material around the final neutral axis will remain in the elastic state. Based on this observation, a credible distribution of longitudinal stresses around the hull section at the overall collapse state is assumed, and an explicit analytical formula is derived. The accuracy of the formula has been verified by a comparison of the experimental and the numerical results.
Difference of failure modes was studied by finite element analysis for elbows with local wall thinning area particularly at inner surface of intrados of the elbow. Longitudinal wall thinning length, minimum thickness were kept constant but circumferential wall thinning width was varied to get $90^{\circ}$, $180^{\circ}$ and $360^{\circ}$ thinning width. Elastic-plastic analysis were carried out under the combined loading conditions of internal pressure and in-plane bending moment closing the elbow. Von Mises stress were obtained from the outer surface central surface location in intrados, extrados and crown parts in elbow. The results showed that the plastic deformation and failure started from the crown location when the thinning width small ($90{\sim}180^{\circ}$). However, plastic collapse started from the intrados location when the thinning width is approaching $360^{\circ}C$. This should be reflected to assess structural integrity of elbows after wall thinning measurement is made.
Geo-Rak Park;Kyu Song;Youngjae Choi;Nak-Kyun Cho;Chung-Soo Kim
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.17
no.2
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pp.119-125
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2021
Subsea pipelines are widely used to transport hydrocarbons from ultra-deep seawater to facilities on the coast. A sandwich pipe is a pipe-in-pipe system in which the annulus between the two concentric steel pipes is filled with polymer cores and fillers for insulation and structural reinforcement. Sandwich pipeline is always exposed to complex loading such as bending moment, bulking, internal and external pressures caused by installation, operation and environmental factors. This research provides insights into the structural integrity of sandwich pipeline exposed to complex loading conditions using a linear matching method (LMM). The finite element model of the sandwich pipeline has been generated from previous research, and the model validation is performed by comparing the results of the linear analysis between the two models. The temperature dependent material properties are used to simulate the behavior of real pipeline, and the elastic-perfectly plastic (EPP) model has been taken into account for the material non-linearity. Numerical results provide comprehensive insights into the structural response of the sandwich pipeline under monotonic and cyclic loading and provide notable points about the evaluation of the plastic collapse limit and the elastic shakedown limit of the sandwich pipeline.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.4
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pp.455-478
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2019
In this paper, we conducted experimental investigation on the field applicability through the verification of reinforcement effect of the steel pipe reinforcement grouting using high strength steel pipe. SGT275 (formerly known as STK400) steel pipe is generally applied to the traditional steel pipe reinforcement grouting method. However, the analysis of tunnel collapse cases applying the steel pipe reinforcement grouting shows that there are cases where the excessive bending and breakage of steel pipe occur. One of the reasons causing these collapses is the lack of steel pipe stiffness responding to the loosening load of tunnels caused by excavation. The strength of steel pipe has increased due to the recent development of high strength steel pipe (SGT550). However, since research on the reinforcement method considering strength increase is insufficient, there is a need for research on this. Therefore, in this study, we conducted experiments on the tensile and bending strength based on various conditions between high strength steel pipe, and carried out basic research on effective field application depending on the strength difference of steel pipe through the conventional design method. In particular, we verified the reinforcement effect of high strength steel pipe through the measurement results of deformed shape and stress of steel pipe arising from excavation after constructing high strength steel pipe and general steel pipe at actual sites. The research results show that high strength steel pipe has excellent bending strength and the reinforcement effect of reinforced grouting. Further, it is expected that high strength steel pipe will have an arching effect thanks to strength increase.
The ultimate bending strength and flexural ductility performance of longitudinally stiffened plate girders fabricated with mild steel were investigated utilizing nonlinear incremental finite element analysis. AASHTO LRFD (2002) design specifications were reviewed for possible application of longitudinally stiffened plate girders as compact sections. In order to investigate compact section requirements for plate girders with longitudinal stiffeners in webs, a number of full-scale plate girders were modeled and analyzed up to the collapse under pure bending condition. It was found that the slenderness of sub panel of the webs, the stiffness of longitudinal stiffeners, and the slenderness of compression flanges are key parameters governing the flexural ductility of the plate girders. It was also found from finite element analysis that longitudinally stiffened plate girder sections can satisfy compact section requirements both in full plastic moment capacity and flexural ductility requirement. New design equations have been proposed for longitudinally stiffened plate girders to be treated as compact sections.
Kim, Bo-Kyung;Lee, Swoo-Heon;Kim, Jin-Wook;Shin, Kyung-Jae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.22
no.1
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pp.67-74
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2010
The cases of collapse of greenhouses in rural areas have been increasing due to the unexpected heavy snow load. Studies on how to prevent the collapse of greenhouses are rare, however, and the damages are repeated annually. This studysuggests two reinforcing methods: the use of ahigh-strength tapered module, and the addition of a pre-tension tie. The high-strength tapered section is installed where the bending moment is maximum. The design of a plastic greenhouse is controlled by its strength rather than its deflection. The shape of a greenhouse resembles that of an arch system, but its actual structural behavior is the frame behavior, because it is non-continually composed of a curved element (a beam) and vertical elements (columns). This system is too weak and slender to resist a vertical load, because an external load is resisted by the moment rather than by axial force. In this study, a new method, the installation of a temporary tie at the junction of the arch and the column only during snow accumulation, is proposed. The tie changes the action of the greenhouse frame to an arch action. The arch action is more effective when the pre-tension force is applied in the tie, which results in a very strong temporary structural system during snowfall. As a result of using this high-strength tapered section, the combined strength ratio of what? decreased from 10% to 30%. In the case of the additional reinforcement with a tie, it was reduced by half.
In this study, scaled model tests were performed on blasting demolition of reinforced concrete structures and the experimental results were analyzed in comparison with the results of numerical analysis. The tests were designed to induce a progressive collapse, and physical properties of the scaled model were determined using scale factors obtained ken dimension analysis. The scaled model structure was made of a mixture of plaster, sand and water at the ratio determined to yield the best scaled-down strength. Lead wire was used as a substitute for reinforcing bars. The scaled length was at the ratio of 1/10. Selecting the material and scaled factors was aimed at obtaining appropriately scaled-down strength. PFC2D (Particle Flow Code 2-Dimension) employing DEM (Distinct Element Method) was used for the numerical analysis. Blasting demolition of scaled 3-D plain concrete laymen structure was filmed and compared to results of numerical simulation. Despite the limits of 2-D simulation the resulting demolition behaviors were similar to each other. Based on the above experimental results in combination with bending test results of RC beam, numerical analysis was carried out to determine the blasting sequence and delay times. Scaled model test of RC structure resulted in remarkably similar collapse with the numerical results up to 900㎳ (mili-second).
Park, Joo-Shin;Choi, Joung-Hwan;Hong, Kwan-Young;Lee, Gyoung-Woo
Journal of Navigation and Port Research
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v.33
no.1
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pp.27-33
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2009
Estimation of the buckling and ultimate strength of a continuous stiffened plate subjected to combined transverse compression and lateral pressure is of high importance to ensure the safety of ship structures, particularly for the bottom plating under a deep draft condition For example, bottom plating of bulk carriers is subjected to transverse thrust caused by the bending of double bottom structure and the direct action of pressure on the side shells. Most of experimental tests, theoretical approach and numerical researches have been performed on the buckling and ultimate strength behaviour of plates or stiffened plates under combined compression and lateral pressure. With regard to stiffened panels, however, most of studies have been concerned with the load conditions of combined longitudinal thrust and lateral pressure, while fewer studies have been performed for the combined transverse thrust and lateral pressure. In addition, the previous researches are mainly concerned with an isolated rectangular plate simply supported along the all edges, whereas actual ship plating is continuous across the transverse frames and heavy girders. In the present paper, a series of elastoplastic large deflection FEA on a continuous stiffened plate is performed and then clarify the characteristic of collapse mode and explain the effect of transverse compression.
The author was appointed by the UK Department of Transport as a fellow Assessor with R. A. Williams during Lord Donaldson's Assessment (1995) of the loss of the OBO ship DERBYSHIRE and in 1996 as a UK Assessor for the planning and surveys of the wreck. He relinquished his appointment in October 1997 and was not thereafter Involved in the review and analysis of data gathered. This paper may be considered to be complementary to the reports of the UK and EC Assessors (Williams and Torchio, 1998a and 1998b) which followed that review and analysis. The paper deals with the history and loss of the ship, Including the concept developed in 1995 of 13 possible loss scenarios in a formal safety Risk Matrix of probability and seriousness. It analyses abnormal wave effects on hatch cover collapse, on ship bending, and on flooding of bow spaces and no. 1 hold. The implosion-explosion mechanics during sinking is outlined to explain the devastation of the wreck. The 1996 and 1997 underwater surveys are outlined as are the findings of fact. Each of the final 14 loss scenarios is analysed in the light of the firm and circumstantial survey evidence, plus many other factors of survey experience, analyses and experiments. The updated Risk Matrix speaks for itself and leads to the prime conclusions and major recommendations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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