KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.2
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pp.269-279
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1994
This paper concentrates on the finite element analysis of concrete structures considering the material nonlinearity and time-dependent structural behavior. Using the rotating crack model among the smeared cracking model, the structural behavior up to ultimate load is simulated, and concrete is assumed to be an orthotropic material. Especially to include the tension stiffening effect in bending behavior, a criterion based on the fracture mechanics concept is introduced and the numerical error according to the finite element mesh size can be minimized through the application of the proposed criterion. Besides, the governing equation for steel is systematized by embeded model to cope with the difficulty in modeling of complex geometry. Finally, to trace the structural behavior with time under cracked and/or uncracked section, an algorithm for the purpose of time-dependent analysis is formulated in plane stress-strain condition by the age-adjusted effective modulus method.
Brunesi, E.;Nascimbene, R.;Deyanova, M.;Pagani, C.;Zambelli, S.
Computers and Concrete
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v.15
no.6
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pp.951-972
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2015
The focus of the present study is to investigate both local and global behaviour of a precast concrete sandwich panel. The selected prototype consists of two reinforced concrete layers coupled by a system of cold-drawn steel profiles and one intermediate layer of insulating material. High-definition nonlinear finite element (FE) models, based on 3D brick and 2D interface elements, are used to assess the capacity of this technology under shear, tension and compression. Geometrical nonlinearities are accounted via large displacement-large strain formulation, whilst material nonlinearities are included, in the series of simulations, by means of Von Mises yielding criterion for steel elements and a classical total strain crack model for concrete; a bond-slip constitutive law is additionally adopted to reproduce steel profile-concrete layer interaction. First, constitutive models are calibrated on the basis of preliminary pull and pull-out tests for steel and concrete, respectively. Geometrically and materially nonlinear FE simulations are performed, in compliance with experimental tests, to validate the proposed modeling approach and characterize shear, compressive and tensile response of this system, in terms of global capacity curves and local stress/strain distributions. Based on these experimental and numerical data, the structural performance is then quantified under various loading conditions, aimed to reproduce the behaviour of this solution during production, transport, construction and service conditions.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.4
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pp.1-11
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1984
Developed is a nonlinear fracture theory which can model the complex fracture behavior of concrete. This theory is based on the nonlinear behavior due to progressive microcracking and strain-softening in the fracture process zone of concrete cracks. The simplified realistic fracture model which preserves the same fracture energy for the different fracture process zone widths is also derived. By modeling fracture through stress-strain behavior, the effect of compressive stresses parallel to the crack plane can be easily taken into account. The comparisons of the present theory with valuable fracture test data available in the literature show good agreements, and the existing linear theory exhibits in many cases large deviations from the actual test results. A simple approximate formula for the fracture energy of concrete which should, be necessary for the fracture analysis of concrete structures is derived. Finally, the application of fracture theory to reinforced concrete and the necessity of further research are discussed.
The stability of deep coal roadways with large sections and thick top coal is a typical challenge in many coal mines in China. The innovative Universal Discrete Element Code (UDEC) trigon block is adopted to create a numerical model based on a case study at the Dongtan coal mine in China to better understand the failure mechanism and stability control mechanism of this kind of roadway. The failure process of an unsupported roadway is simulated, and the results suggest that the deformation of the roof is more serious than that of the sides and floor, especially in the center of the roof. The radial stress that is released is more intense than the tangential stress, while a large zone of relaxation appears around the roadway. The failure process begins from partial failure at roadway corners, and then propagates deeper into the roof and sides, finally resulting in large deformation in the roadway. A combined support system is proposed to support roadways based on an analysis of the simulation results. The numerical simulation and field monitoring suggest that the availability of this support method is feasible both in theory and practice, which can provide helpful references for research on the failure mechanisms and scientific support designing of engineering in deep coal mines.
Panda, Subhransu K;Mishra, Pradeep K;Panda, Subrata K
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.6
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pp.723-735
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2020
This study is reported the adhesion failure in adhesive bonded composite and specifically for the T-joint structure. Three-dimensional finite element analysis has been performed using a commercial tool and the necessary outcomes are obtained via an eight noded solid element (Solid 185-element) from the library of ANSYS. The structural analysis input has been incurred through ANSYS parametric design language (APDL) code. The normal and shear stress distributions along different layers of the joint structure have been evaluated as the final outcomes. Based on the stress distributions, failure location in the composite joint structure has been identified by using the Tsai-Wu stress failure criterion. It has been found that the failure index is maximum at the interface between flange and web part of the joint (top layer) which indicates the probable location of failure initiation. This kind of failures are considered as adhesion failure and the failure propagation is governed by strain energy release rate (SERR) of fracture mechanics. The different adhesion failure lengths are also considered at the failure location to calculate the SERR values i.e. mode I fracture (opening), mode II fracture (sliding) and mode III fracture (tearing) along the failure front. Also, virtual crack closure technique (VCCT) principle of fracture mechanics steps is used to calculate the above said SERRs. It is found that the mode I SERR is more dominating compared to other two modes of failure for the joint considered. Finally, the influences of various parametric (geometrical and material) effect on SERR of the joint structure are evaluated and discussed in details.
A large number of bridges were built several decades ago, and most of which have gradually suffered serious deteriorations or damage due to the increasing traffic loads, environmental effects, and inadequate maintenance. However, very few studies were conducted to investigate the vibration behaviors of a damaged bridge under moving vehicles. In this paper, the vibration behaviors of such vehicle-bridge system are investigated in details, in which the effects of the concrete cracks and bridge surface roughness are particularly considered. Specifically, two vehicle models are introduced, i.e., a simplified four degree-of-freedoms (DOFs) vehicle model and a more complex seven DOFs vehicle model, respectively. The bridges are modeled in two types, including a single-span uniform beam and a full scale reinforced concrete high-pier bridge, respectively. The crack zone in the reinforced concrete bridge is considered by a damage function. The bridge and vehicle coupled equations are established by combining the equations of motion of both the bridge and vehicles using the displacement relationship and interaction force relationship at the contact points between the tires and bridge. The numerical simulations and verifications show that the proposed modeling method can rationally simulate the vibration behaviors of the damaged bridge under moving vehicles; the effect of cracks on the impact factors is very small and can be neglected for the bridge with none roughness, however, the effect of cracks on the impact factors is very significant and cannot be neglected for the bridge with roughness.
A scaled model test was performed to evaluate the stability of subway twin tunnels excavated in the sedimentary rocks with subhorizontal bedding planes. The size of studied tunnel was 6.2 m×6.8 m and pillar width was 4 m. The anisotropic model test specimen was manufactured with the modeling materials suitable for in-situ rocks by way of dimensional analysis. Fracture and deformation behaviors of tunnels according to applied loads were investigated through the biaxial compression test. As the load was increased on the model specimen, the first crack occurred in the middle part of the pillar across twin tunnels and the gradual fractures progressed at crown and floor of twin tunnels. All the cracks in pillar were generated along the existing bedding planes so that they were found to be the main cause of the pillar failure. In addition, the test results were verified by numerical analysis on the experimental conditions using FLAC ubiquitous joint model. The distribution of plastic regions obtained from numerical analysis were in general agreement with test results, confirming the reliability of the scaled model test conducted in this study.
Quantifying the extent and characteristics of the excavation damage zone(EDZ) is important for the nuclear waste industry which relies on the sealing of underground openings to minimize the risk for radionuclide transport. At AECL's Underground Research Laboratory(URL) the Tunnel Sealing Experiment(TSX) was conducted and the tunnel geometry and orientation relative to the stress field had been selected to minimize the potential for the development of an EDZ. The extent and characteristics of the EDZ was measured using velocity profiling and permeability measurements in radial boreholes. The results from this EDZ characterization are used in this paper to evaluate a modeling fir estimating the extent of the EDZ. The methodology used a damage model formulated in the Universal Distinct Element Code and calibrated to laboratory properties. This model was then used to predict the extent of crack initiation and growth around the TSX tunnel and the results compared to the measured damage. The development of the damage zone in the numerical model was found to be in good agreement with the field measurements.
Kim, Jeong-Su;Lee, Bang Yeon;Kwon, Seong-Hee;Kim, Jin-Keun;Kim, Yun Yong
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.933-936
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2008
An engineered cementitious composite (Engineered Cementitious Composite) had been developed in previous study. Theoretical prediction of the tensile stress-strain relation of ECC is important in providing the material constitutive relation necessary for designing structural members. But, few studies have been reported with regard to predicting the tensile stress-strain relation of ECC. Prediction of the tensile stress-strain relation of ECC accounting for actual bridging curve, such as fiber dispersion is needed. The present study extends the work as developed by Kanda et al., by modeling the bridging curve, accounting for fiber dispersion, the degree of matrix spalling, and fiber rupture to predict the tensile stress-strain relation of ECC. The role of material variation in the bridging curve, such as number of effective fiber actually involved in the bridging capacity and how it affects the multiple cracking process is discussed. The approach for formulating the tensile stress-strain relation is discussed next, where the procedure for obtaining the necessary parameters, such as the crack spacing, is presented. Finally, the predicted stress-strain relation will be validated with experimental tests results.
In this paper, numerical results of sectional analysis, stress recovery and energy release rate were compared with the results of VABS, 3-D FEM through the blade analysis library. The result of stress recovery analysis for one-dimensional model including the stiffness matrix is compared with stress results of three-dimensional FEM. We discuss the configuration of the blade analysis library and compare verifications of numerical analysis results of VABS. Blade analysis library through dimensional reduction and stress recovery is intended to be utilized in conjunction with pre- and post-processing of the analysis program of the composite blade, high-altitude uav's wing, wind blades and tilt rotor blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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