Leonardo M. Massone;Cristhofer N. Letelier;Cristobal F. Soto;Felipe A. Yanez;Fabian R. Rojas
Computers and Concrete
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v.33
no.5
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pp.497-507
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2024
In squat reinforced concrete walls, the displacement capacity for lateral deformation is low and the ability to resist the axial load can quickly be lost, generating collapse. This work consists of testing two squat reinforced concrete walls. One of the specimens is built with conventional detailing of reinforced concrete walls, while the second specimen is built applying an alternative design, including stirrups along the diagonal of the wall to improve its ductility. This solution differs from the detailing of beams or coupling elements that suggest building elements equivalent to columns located diagonally in the element. The dimensions of both specimens correspond to a wall with a low aspect ratio (1:1), where the height and length of the specimen are 1.4 m, with a thickness of 120 mm. The alternative wall included stirrups placed diagonally covering approximately 25% of the diagonal strut of the wall with alternative detailing. The walls were tested under a constant axial load of 0.1f'cAg and a cyclic lateral displacement was applied in the upper part of the wall. The results indicate that the lateral strength is almost identical between both specimens. On the other hand, the lateral displacement capacity increased by 25% with the alternative detailing, but it was also able to maintain the 3 complete hysteretic cycles up to a drift of 2.5%, reaching longitudinal reinforcement fracture, while the base specimen only reached the first cycle of 2% with rapid degradation due to failure of the diagonal compression strut. The alternative design also allows 46% more energy dissipation than the conventional design. A model was used to capture the global response, correctly representing the observed behavior. A parametric study with the model, varying the reinforcement amount and aspect ratio, was performed, indicating that the effectiveness of the alternative detailing can double de drift capacity for the case with a low aspect ratio (1.1) and a large longitudinal steel amount (1% in the web, 5% in the boundary), which decreases with lower amounts of longitudinal reinforcement and with the increment of aspect ratio, indicating that the alternative detailing approach is reasonable for walls with an aspect ratio up to 2, especially if the amount of longitudinal reinforcement is high.
Analyzing the collapse behavior of thin-walled steel structures holds significant importance in ensuring their safety and longevity. Geometric imperfections present on the surface of metal materials can diminish both the durability and mechanical integrity of steel shells. These imperfections, encompassing local geometric irregularities and deformations such as holes, cavities, notches, and cracks localized in specific regions of the shell surface, play a pivotal role in the assessment. They can induce stress concentration within the structure, thereby influencing its susceptibility to buckling. The intricate relationship between the buckling behavior of these structures and such imperfections is multifaceted, contingent upon a variety of factors. The buckling analysis of thin-walled steel shell structures, similar to other steel structures, commonly involves the determination of crucial material properties, including elastic modulus, shear modulus, tensile strength, and fracture toughness. An established method involves the emulation of distributed geometric imperfections, utilizing real test specimen data as a basis. This approach allows for the accurate representation and assessment of the diversity and distribution of imperfections encountered in real-world scenarios. Utilizing defect data obtained from actual test samples enhances the model's realism and applicability. The sizes and configurations of these defects are employed as inputs in the modeling process, aiding in the prediction of structural behavior. It's worth noting that there is a dearth of experimental studies addressing the influence of geometric defects on the buckling behavior of cylindrical steel shells. In this particular study, samples featuring geometric imperfections were subjected to experimental buckling tests. These same samples were also modeled using Finite Element Analysis (FEM), with results corroborating the experimental findings. Furthermore, the initial geometrical imperfections were measured using digital image correlation (DIC) techniques. In this way, the response of the test specimens can be estimated accurately by applying the initial imperfections to FE models. After validation of the test results with FEA, a numerical parametric study was conducted to develop more generalized design recommendations for the stainless-steel shell structures with the initial geometric imperfection. While the load-carrying capacity of samples with perfect surfaces was up to 140 kN, the load-carrying capacity of samples with 4 mm defects was around 130 kN. Likewise, while the load carrying capacity of samples with 10 mm defects was around 125 kN, the load carrying capacity of samples with 14 mm defects was measured around 120 kN.
Recently, there have been various lifeline installations constructed in the underground space of urban area due to the effective use of land. For newly installed lifelines or the management of the installed lifelines, many construction activities of excavation and backfilling are observed. Around these area, there are possibilities of collapse or excessive settlement due to the leaking of the pipe or unsatisfactory compaction of backfill material. Besides, construction costs can be saved since the on-site soils are used. The application of this liquidity filling material is not only to the lifeline installation but also to underpin the foundation under the vibrating machinery. On the evaluation of the applicability of this method to this circumstance, the strength should be investigated against the static load from the machine load as well as the vibration load from the activation of the machine. In this study, the applicability of the liquidity fill material on the foundation under the vibrating machinery is assessed via uniaxial compression and resonant column tests. The liquidity filling material consisting of the on-site soils with loess and kaolinite are tested to investigate the static and dynamic characteristics. Furthermore, the applicability of the reclaimed ash categorized as an industrial waste is evaluated for the recycle of the waste to the construction materials. The experimental results show that the shear modulus and 7 day uniaxial strength of the liquidity filling material mixed with reclaimed ash show higher than those with the on-site soils. However, the damping ratio does not show any tendency on the mixed materials.
In Korea, many reservoirs have been built for the purpose of solving the food shortage problem and supplying agricultural water. However, the current 75.6% of the reservoirs are in serious aged as more than 50 years have passed since the year of construction. In the case of such an aging reservoir, the stability due to scour and erosion inside the reservoir is very reduced, and if concentrated rainfall due to recent abnormal weather occurs, the aging reservoir may collapse, leading to a lot of damage to property and human life. Accordingly, each agency that manages aging reservoirs uses Ordinary Portland Cement (OPC) as an injection material and applies the grouting method. However, in the case of OPC, it may deteriorate over time and water leakage may occur again. And there are environmental problems such as consumption of natural resources and generation of greenhouse gases. So, there is a need to develop new materials and methods that can replace the OPC. In this study, an laboratory test and analysis were performed on the grout material developed to induce a curing reaction similar to that of OPC by recycling power plant byproduct. In addition, test in the field such as electric resistivity survey, Standard Penetration Test (SPT), and field permeability test were performed to analyzed to reinforcement effect and determine the possibility of using instead of OPC. As a results of the test, in the case of recycled power plant byproduct, the compressive strength was 2.9 to 3.2 times and the deformation modulus was 2.3 to 3.3 times higher, indicating that it is excellent in strength and can be used instead of OPC. And it was analyzed that the N value of the reservoir was increased by 1~2, and the coefficient of permeability (k) decreased to the level of 8.9~42.5%. showing sufficient reinforcing effect in terms of order.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.2
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pp.193-215
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2022
Recently, ground structures have reached saturation, and underground construction using underground structures such as tunnels has been in the spotlight as a way to solve increasing traffic difficulties and environmental problems. However, due to the increasing number of underground structures, close construction is inevitable for continuous underground development. When a new underground structure is constructed closely, stability may become weak due to the influence on the existing tunnel, which may cause collapse. Therefore, analyzing the stability of existing tunnels due to new structures is an essential consideration. In this study, the effect of excavating new tunnels under parallel tunnels on existing parallel tunnels was analyzed using numerical analysis. Using the Displacement Control Model (DCM), the volume loss generated during construction was simulated into three case (0.5%, 1.0%, and 1.5%). Based on the center of the pillar, the distance where the new tunnel is located was set to 5 m, 6 m, 7 m, 8 m, 9 m, and the space for each distance were set to 5 (0D1, 0.37D1, 0.75D1, 1.13D1, 1.5D1). In general, as the volume loss increased and the distance approached, the maximum displacement and angular displacement increased, and the strength/stress ratio to evaluate the stability of the pillar also decreased. As a result, when the distance between the new tunnel and the center of the pillar is 5 m, the space is 0D1, and the volume loss is 1.5%, the stability of the existing parallel tunnel is the weakest.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.5
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pp.479-487
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2023
Recently, the destructive power of typhoons is continuously increasing owing to global warming. In a situation where the installation of floating wind turbines is increasing worldwide, concerns about the huge loss and collapse of floating offshore wind turbines owing to strong typhoons are deepening. A new type of disconnectable mooring system must be developed for the safe operation of floating offshore wind turbines. A new submersible mooring pulley considered in this study is devised to more easily attach or detach the floating of shore wind turbine with mooring lines compared with other disconnectable mooring apparatuses. To investigate the structural safety of the initial design of submersible mooring pulley that can be applied to an 8MW-class floating type offshore wind turbine, scale-down structural models were developed using a 3-D printer and structural tests were performed on the models. For the structural tests of the scale-down models, tensile specimens of acrylonitrile butadiene styrene material that was used in the 3-D printing were prepared, and the material properties were evaluated by conducting the tensile tests. The finite element analysis (FEA) of submersible mooring pulley was performed by applying the material properties obtained from the tensile tests and the same load and boundary conditions as in the scale-down model structural tests. Through the FEA, the structural weak parts on the submersible mooring pulley were reviewed. The structural model tests were conducted considering the main load conditions of submersible mooring pulley, and the FEA and test results were compared for the locations that exceeded the maximum tensile stress of the material. The results of the FEA and structural model tests indicated that the connection structure of the body and the wheel was weak in operating conditions and that of the body and the chain stopper was weak in mooring conditions. The results of this study enabled to experimentally verify the structural safety of the initial design of submersible mooring pulley. The study results can be usefully used to improve the structural strength of submersible mooring pulley in a detailed design stage.
Yi, Na-Hyun;Lee, Sang-Won;Lee, Seung-Jae;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.5
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pp.485-496
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2013
In recent years, frequent terror or military attacks by explosion or impact accidents have occurred. Examplary case of these attacks were World Trade Center collapse and US Department of Defense Pentagon attack on Sept. 11 of 2001. These attacks of the civil infrastructure have induced numerous casualties and property damage, which raised public concerns and anxiety of potential terrorist attacks. However, a existing design procedure for civil infrastructures do not consider a protective design for extreme loading scenario. Also, the extreme loading researches of prestressed concrete (PSC) member, which widely used for nuclear containment vessel, gas tank, bridges, and tunnel, are insufficient due to experimental limitations of loading characteristics. To protect concrete structures against extreme loading such as explosion and impact with high strain rate, understanding of the effect, characteristic, and propagation mechanism of extreme loadings on structures is needed. Therefore, in this paper, to evaluate the impact resistance capacity and its protective performance of bi-directional unbonded prestressed concrete member, impact tests were carried out on $1400mm{\times}1000mm{\times}300mm$ for reinforced concrete (RC), prestressed concrete without rebar (PS), prestressed concrete with rebar (PSR, general PSC) specimens. According to test site conditions, impact tests were performed with 14 kN impactor with drop height of 10 m, 5 m, 4 m for preliminary tests and 3.5 m for main tests. Also, in this study, the procedure, layout, and measurement system of impact tests were established. The impact resistance capacity was measured using crack patterns, damage rates, measuring value such as displacement, acceleration, and residual structural strength. The results can be used as basic research references for related research areas, which include protective design and impact numerical simulation under impact loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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